福建省建瓯市第一中学附属小学 六( 1 )
研究主题:莫比乌斯带的做法与应用
研究准备材料:
水彩笔、胶棒,两条长30厘米,宽3厘米的白色长方形纸条。
研究过程:
“数学好玩”中有许多有趣的数学实践活动。今天,我要研究莫比乌斯带的做法与应用。在做莫比乌斯带前,我准备先做一个普通纸环,普通的纸环做法较为简单,只要做得像手镯形状就行了。我把我长方形的两端涂上胶棒,然后卷成圆柱形。这样, 一个普通纸环就做好了。
(图一普通纸环)
做完普通纸环,现在可以开始做莫比乌斯纸环了。取另一张长方形长条,双手分别捏住纸条的两端:一端固定不动,另一端旋转180°,再与不动的一端粘在起,一个莫地乌斯带就做好了。
接下来,我就要好好研究一番:我取出一支红色彩笔,从黏接处涂起,涂着涂着,咦!怎么正反两面都涂了一遍?为什么涂完一圈,又继续涂了一圈?难道它可以无限循环? 带着这个疑问,我又拿出普通纸环,沿着外面的那个面涂了一圈。这次,内侧的一面没有颜色。原来,莫比乌斯纸环只有一个面(单侧曲面)。
(图二莫比乌斯纸环)
莫比乌斯环还有什么神奇之处呢?这一次,我打算对普通纸环先做个实验。首先,将纸环两头对折,折成两个长方形,沿中间剪开,剪成 了两个一模一样的普通纸环。
我迫不及待地将莫比乌斯纸环剪开一个口子,再沿着中间线剪开之后,惊讶地发现:居然不是两个环,而是一个比原来空间更大的纸环!但是这个纸环已经不是莫比乌斯带了。
(图三莫比乌斯纸环二等分后的纸环)
现在,纸环的宽度为1cm, 能不能继续往下剪呢?在好奇心的驱使下,我像刚才一样又剪了一遍,会不会是比现在更大空间的纸环呢?可结果并非如此,而是两个普通纸环。
研究结论:
通过研究,我发现“莫比乌斯带”有很多奇妙的特征:只有一个面,只有一条边;沿中间一条线剪开后,不是两个纸环,而是一个大纸环。它跟普通纸环不一样,一般常见的纸环有内侧面和外侧面,它却只有一个面。
这么神奇的纸环在生活中有什么用途呢?通过查找资料,我发现它在生活中被广泛运用到建筑、艺术、工业生产中。例如:车站工厂的传送带就做成了“莫比乌斯带状结构,这样不仅可以增大皮带磨损面积,还可以使应力分布“两面",从而延长一倍的使用周期;我们坐的过山车好玩又刺激!也是运用莫比乌斯带的特性,来使过山车在轨道上顺利通过。生活中有很多在平面上无法解决的问题,“移植”到莫比乌斯带来,就可以迎刃而解了。
(指导教师:福建省建瓯市第一中学附属小学 余漫英)