Question

一位小朋友在粗糙不打滑的“Z”字形平面軌道上滾動一個半徑為10cm的圓盤，如圖所示，AB與CD是平行的，且水平，BC與水平面的夾角為60°，其中AB=60cm，CD=40cm，BC=40cm，請你作出該小朋友將圓盤從A點滾動到D點其圓心所經過的路線的示意圖，并求出此路線的長度．

Answer 1

【答案】分析：（1）以圓心為軌跡找路線，一一畫出．
（2）根據此軌跡求線段，求弧長最后相加．
解答：解：如下圖，畫出圓盤滾動過程中圓心移動路線的分解圖象．
可以得出圓盤滾動過程中圓心走過的路線由線段OO₁，線段O₁O₂，圓弧₃，線段O₃O₄四部分構成．
其中O₁E⊥AB，O₁F⊥BC，O₂C⊥BC，O₃C⊥CD，O₄D⊥CD．
∵BC與AB延長線的夾角為60°，O₁是圓盤在AB上滾動到與BC相切時的圓心位置，
∴此時⊙O₁與AB和BC都相切．
則∠O₁BE=∠O₁BF=60度．
此時Rt△O₁BE和Rt△O₁BF全等，
在Rt△O₁BE中，BE=cm．
∴OO₁=AB-BE=（60-）cm．
∵BF=BE=cm，
∴O₁O₂=BC-BF=（40-）cm．
∵AB∥CD，BC與水平夾角為60°，∴∠BCD=120度．
又∵∠O₂CB=∠O₃CD=90°，
∴∠O₂CO₃=60度．
則圓盤在C點處滾動，其圓心所經過的路線為圓心角為60°且半徑為10cm的圓弧．
∴的長=×2π×10=πcm．
∵四邊形O₃O₄DC是矩形，
∴O₃O₄=CD=40cm．
綜上所述，圓盤從A點滾動到D點，其圓心經過的路線長度是
（60-）+（40-）+π+40=（140-+π）cm．
點評：本題主要考查了弧長公式，但本題的難點在畫軌跡圖，注意畫此題時要根據圓心來畫．