有趣的圆

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有趣的圆
东升小学    冯洁（学生）
曾经有数学家说：圆是最完美的形状。在日常生活中也有许多地方要用圆：汽车、火车的轮子都是圆的，我们在搬重物的时候可以把物体放在圆柱或圆管上。有其他形状可以代替圆吗？在不断的探索失败和进一步探索中，我逐渐发现了一个与圆有着许多相似作用的图形——“等宽曲线”。并在这次数学的探索之旅中体会到了探求数学之谜的艰辛，感受到了探索成功的喜悦。
一、问题的提出： 大街上车水马龙，车来车往，每一辆汽车的轮子都是圆的；我们在搬重物的时候，会把物体放在圆柱或圆管上。看到这些，我非常疑惑：为什么它们都是圆的而不是其他形状的呢？ 这个问题困扰我很久，直到这个学期我们学习“圆”这一课时，老师在课件中为我们演示了三角形轮子与正方形轮子的可笑表演后，我才明白：把车轮做成圆形，车轴安在圆心上，车轴离开地面的距离，就总是等于车轮半径那么长。这样车轮在地面上就容易滚动了。假如这个轮子是方形、三角形的，从轮缘到轮子圆心的距离各不相等，那么，这种车子走起来，一定会忽高忽低，震动的很厉害。因此车轮都是圆的，搬东西时我们也会选择圆管垫在下面。 可我还是在想：真的只有是圆吗？有没有其他形状可以代替圆呢？
 二、思考与探索： 趁着周末，我找了一辆玩具车、一块泡沫板、小刀等，开始了我的探索之旅。
 1、第一次探索：增加边数 我注意到在课件中正方形的轮子虽然也颠簸，但比三角形的轮子平稳了很多，于是我想：如果把轮子做成正六边形，会不会更平稳呢？ 于是，我做了四个正六边形的轮子，试了试，果然平稳多了。我不由得兴奋起来：只要把边数做得更多，不就更平稳了吗？我开始在脑子里幻想“轮子边数越来越多，车子越来越平稳”的情形，可是想着想着，我觉得不对劲了：边数不断增多，不就慢慢变成圆了吗？这和“圆的面积”中学到的“分的份数越多，拼成的图形就越接近平行四边形”是一个道理啊，这应该就是老师说的“极限”吧。 想到这儿，我有些沮丧：这个方法行不通。
2、第二次探索：圆的模仿秀 一计不成，再生一计。我又想：轮子之所以做成圆的，是因为中心到周围的距离都是一样的。三角形和正方形的轮子会颠簸则是因为中心到边上的距离比到顶点短，如果我们增加中心到边上的距离，使它们一样长，不就行了吗？ 想到这儿，我画了一个正三角形，找到它的中心（三条中线的交点），以它为圆心，以中心到顶点的长度为半径，分别画了三段弧。我心中暗暗得意，这样一来，距离不就相等了吗？可画好后一看，我不由得傻眼了：它就是一个圆啊！我不死心，又画了一个正方形，找出中心，画了四段弧。结果，还是一个圆。 看来，此路不通。
 3、第三次探索：换个圆心 第二次的失败让我体会到：不能把原来的中心作为圆心，因为这样会让它变成圆。那么圆心定在哪儿比较合适呢？看着面前的几个图形，一个念头油然而生：用顶点作圆心如何？ 说干就干，我先画了一个正三角形，再将它的三个顶点分别作为圆心，以边长为半径，分别作了三段弧。于是一个怪模怪样的家伙就“诞生”了。 我迫不及待地做了四个这样的轮子，试验的结果却让我的满腔希望化为泡影：这种轮子比三角形、正方形、正六边形等平稳了很多，但还是上下起伏，没有达到圆形轮子的效果。
 4、爸爸的怪主意： 接二连三的失败让我非常沮丧，我心灰意冷地呆坐在那儿，一种山穷水尽的感觉涌上心头：也许真的只有圆才能做轮子。 爸爸注意到了我沮丧的表情，走过来询问我，我强打精神向他倾述了我的疑惑与几次尝试，希望爸爸能给我出个主意。爸爸边听边饶有兴趣地看着我的“杰作”，过了许久才说：“你的想法都很好，失败了也不要紧，而且你的这个作品很有趣。”他指着我最后做出的怪模怪样的家伙说，“你拿块木板放在它上面试试，注意：要直接放在轮子上，别放在轴上。” “什么？直接放在轮子上？”我简直不相信自己的耳朵，“这真是个怪想法。”尽管心中疑惑，但我相信爸爸不会无缘无故地这么说，于是就照着做了，做好后我推着它前进了一段。怪了！小车是平的！小车居然走得很平稳！就和车轮是圆形的一样平稳！ 我跳起来，惊讶地看着爸爸，希望他能给我一个答案。爸爸看着我惊愕的表情，呵呵笑着说：“你小子不简单，你“创造”的这个东西叫等宽曲线，有兴趣的话可以上网去找找相关的资料。”
三、答案与新的疑惑： 我迫不及待地上网查找资料，在网上，我找到了等宽曲线的解释：“等宽曲线是指非圆的等宽曲线，一条相对于“支持线”之间的距离为一固定常数的封闭曲线，当形状为等宽曲线的轮子作水平滚动时，其表现为最高点的高度保持不变。”确实如此，只有当它滚动时最高点不变，才能象刚才这样让小车保持稳定。 更让我意外和惊喜的是：等宽曲线也可以当轮子！下面是我在网络上看到的文章和图片： 操作：按下启动按钮，观察车轮为等宽曲线形状的小车的运行状况。 原理：车轮并非一定要做成圆的，形状近似于“三角形”的等宽曲线车轮，也能使车子平稳行驶。如果在等宽曲线上作两根平行线与之相切，不管瞄在什么位置，夹在这两根平行线之间的距离都相等。所以，当形状为等宽曲线的轮子作水平滚动时，其表现为最高点的高度保持不变。 通过本展品的演示，能形象地揭示等宽曲线的奇妙特性及与圆的内在联系，引起观众突破常规的思维方式。 几经周折，终于找到了圆的代替图形——“等宽曲线”，这让我非常高兴，在这次数学的探索之旅中，我既体会到了探求数学之谜的艰辛，又感受到了探索成功的喜悦。这种感觉正像数学家陈省声爷爷说的：数学真好玩！ 欣喜之余，一个新的疑问慢慢浮现出来：这辆小车的车轴显然不能在中心位置，那它在哪儿呢？

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