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视频|趣味探究:一个圆绕着另一个圆公转1周它自转了几圈(适合5-6年级)

 缪不可言行知录 2020-07-19
【题记】
那真理的成熟虽然缓慢,但透过一片昏暗的迷雾却清晰可见,象一朵思想培育出来的火红的小花。——高尔基
通向谬误的道路有千百条,通向真理的道路只有一条。——卢梭

【探究目的】

本趣味探究配合“圆的周长”。通过本探究能够帮助学生巩固所学知识,激发学生数学学习的兴趣,引导学生动手操作和观察实践,让学生学会举一反三,提高学生形象思维能力、空间思维能力、解决实际问题的能力,培养学生思维的严密性、灵活性和开放性,增强学生数学学习的信心,拓展学生数学学习的视野。

【基本探究】

找两个一模一样的圆来进行趣味探究。比如找两个大小相同的瓶盖,或者两个塑料圆片,当然也可以用两个大小一样的硬币。我们要探究的问题是——
把两个半径一样的圆的其中一个圆固定不动,另一个圆绕着这个圆的圆周滚动(注意不是滑动,是滚动),如下图所示,右边的圆不动,左边的圆沿着它的圆周滚动一周。有点像地球绕着太阳,既要公转,又要自转。

如果左边的圆滚动一周回到原处(公转1周),那么它自身转了几圈呢?

【指点迷津】

也许有人会说,这不简单吗?绕着另一个圆转了一周,自转也是一周了!但事实并非如此!
你可以自己用实物演示一下,就会发现不对了!
如下图所示,两个半径一模一样的圆,其中一个绕另一个公转了半圈的时候,实际上它已经自转了360度了。如果绕另一个圆公转一整周,那么它自转了720度,也就是2圈。

这种题有没有套路解法呢?有的,你可以先自行研究,如果研究不出来,就接着往下看……

【探究进阶】

下面的探究题来自美国198251日的高考数学卷,现在请同学们也一起来尝试探究这道题——

这张纯英文的试卷,可能看不懂,翻译一下就是:小圆的半径大圆的三分之一;如果小圆绕着大圆滚回原位,那么它转了多少圈?
备选项有5个,这个不用翻译大家也能看懂。分别是周、3周、6周、周、9周。
先不说答案,同学们觉得哪个呢?
相信很多人会选 B,这道题的出题人也是这么考虑的。
如果把大圆圆周拉直,那么它的长度应该是小圆圆周的3倍,所以小圆绕着它会滚3圈对吗?
并不。
不信的话,我们动手实操一下。
大家看,小圆绕了大圆四分之一的时候,已经转了一圈了—— 

绕大圆一整圈的话,实际上小圆转了4圈。所以 正确答案是4,并不在任何一个选项里。
如果还没相信,请看下面的视频——

【资讯链接】

1082年的美国高考试卷竟然出了上面这样的“乌龙事件”,也是醉了!
根据出卷方美国大学理事会 College Board)的事后声明,这场美国高考出卷方的答案是错的,而在当时参与这场考试的30万考生里,只有3个考生给出了正确答案。
最后,明明是美国大学理事会做错了,除了那三人,所有人的分数都被扣回去了。

纽约时报1982年5月25日对这次高考数学题出错事件的报道(白框)
30万人里只有3人做对,其实是因为这个现象太不可思议了,因此它在数学上也得到了赐名—— 硬币悖论(coin paradox)。
想进一步研究与学习,可以继续沿着“硬币悖论”追下去……
如果两个圆半径相等,那么一圆公转轨迹像人体的器官,所以叫它“ 心脏线”——

好玩吧?!原来数学就是这样的奇妙!!!

【指点迷津】

现在,我们要深究的是:这样的题型有没有解题诀窍呢?
有的!答案就是:以公转的圆的圆心画出的圆的半径和这个圆的半径之比。比如,以上面的高考题为例,就是绿色的这个圆的半径和小圆的半径之比就是31
因为是小圆绕着大圆转,小圆的半径是大圆的三分之一,小圆转的圈数就是:(3+1)÷1=4(圈)。
回到本文开始的那道题,因为如果两个圆的半径大小是一样的,公转的圆心绕过的圆形轨迹的半径是它的2倍,所以自转的那个圆就转了:(1+1)÷1=2(圈)。

【再闯一关】

下面有两个圆片,A的半径是4厘米,B的半径是2厘米。如果圆A不动,圆B沿着圆A滚动一周。当圆B回到原处时,圆B自身转了多少圈?
反过来想:如果圆B不动,圆A沿着圆B滚动一周。当圆A回到原处时,圆A自身转了多少圈? 

【参考答案】

第一种情况:圆B自转的圈数是:(4+2)÷2=3(圈);
第二种情况:圆A自转的圈数是:(4+2)÷4=1.5(圈)。

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