小圓大圓轉圈問題

2021-08-16 04:41:38 字數 1313 閱讀 1647

題1. 北師大版《數學》九年級下冊127頁有這樣一道題:

如圖1,取兩枚大小相同的硬幣,將其中一枚固定在桌面上,另一枚沿著固定硬幣的邊緣滾動一周,那麼滾動的硬幣自身轉了多少圈?

圖1分析:初見此題,似乎無從下手,但只要仔細琢磨,認真審題,就會找到解決問題的突破口。此問題中共有兩圓,一為定圓,另一為滾圓,滾圓大小不變,位置在動,其決定因素是圓心。觀察滾圓的圓心,易知它到定圓圓心的距離為定值,滾圓沿著定圓運動一圈的長度為滾圓圓心的軌跡長度,即以定圓的圓心為圓心,以兩圓半徑的和為半徑的圓的周長。而滾圓自身轉動走過的長度應為其周長。故若設圓的半徑為r,則滾圓自身滾動的圈數為

由此得到,對於滾圓問題,無論滾圓沿著直線滾動還是曲線滾動,只需求出圓心軌跡的長度s和滾圓的半徑r,就可以按照公式

問題1:⊙a的半徑是⊙b半徑的3倍,當⊙b與⊙a相切並沿圓周滾動1周(無滑動)時,它自身繞圓心旋轉的圈數是多少?

分析:設⊙b的半徑為r,則⊙a的半徑為3r。這裡⊙a固定,⊙b自身滾動,並且⊙b的圓心軌跡是以a為圓心,以線段ab的長度為半徑的圓。因此,⊙b自身繞圓心旋轉的圈數為線段ab的長度與r的比值。又⊙a與⊙b相切,故有內切或外切兩種可能。當兩圓內切時(如圖2),⊙b自身繞圓心旋轉的圈數為

圖2 圖3

問題2:如圖4,半徑為r的圓在長為

圖4分析:由於滾圓沿著直線滾動,滾圓的圓心軌跡的長度等於線段ab的長度,因此滾圓自身滾動的圈數為

問題3:如圖5,半徑為r的圓在周長為

圖5分析:當圓轉到b邊時,為了要轉到bc邊上去,它連同它的圓心轉了和

思考題:

如圖6,滾柱軸承外圈大圓是外軸瓦,內圈小圓是內軸瓦,中間是滾柱,內軸瓦固定,當外軸瓦轉動時,通過摩擦帶動滾柱轉動,轉動時沒有滑動。若外軸瓦直徑是內軸瓦直徑的1.5倍(不考慮軸瓦厚度),當外軸瓦轉動1週時,滾柱自轉了幾圈?

圖6

為什麼會是6呢,主要還是要找好參照物,在不滑動的情況下,滾柱上

每個點相對於小球球心的運動路程為

2πr。

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