这是一节图形操作拓展。先会辨认三角形和四边形,再用活动接点的小棒比较形状;不要求提前学习用三边求角度或三角形全等证明。
用长度不变的小棒做框架,连接处可以转动。三角形和四边形都能转吗?试着动顶点,同时盯住每根棒的长度。
加一根斜撑,为什么就稳了
三根小棒钉成一个三角形后,三根棒的长度固定,三个角也被固定住了,推一推,形状不会变。可以固定底边,再想另外两根棒的自由端怎样碰到一起:顶点到两个底端的距离都已经固定,不能随意滑动。这就是三角形的稳定性。本课把小棒看作不会弯曲、伸缩的棒,连接处只允许转动。
四边形不一样。四根小棒钉成一个四边形,边长都没变,但四个角可以活动,轻轻一推就歪了。固定四条边的长度,还没有固定对角线的长度;推斜时,对角线和角都可以改变。
给四边形加一条对角线,它就分成两个三角形。每个三角形的三条边都被小棒固定住,形状不能再变,整个四边形的形状也就固定了。所以“加斜撑”能让四边形稳定。
稳定性说的是“形状不容易改变”,不是“材料更结实”。一个三角形框架可能很轻,但形状稳定;一个四边形框架用很粗的木头,照样可能晃。
例子
例 1:三根小棒和四根小棒
用 3 厘米、4 厘米、5 厘米三根小棒,只能围出一种形状的三角形。用三角尺的直角比一比,可以看出它还是一个直角三角形;这里不要求只凭三个边长计算角度。
用 3 厘米、4 厘米、5 厘米、6 厘米四根小棒,可以围出很多种四边形:压扁一点、拉斜一点,边长都没变,形状却变了。
注意:不是随便三根小棒都能围成三角形。比如 3 厘米、4 厘米、8 厘米就不行,因为 3+4<8,两根短的接起来都够不到第三根。
例 2:给四边形加斜撑
四边形: 加一条对角线:
A────B A────B
| | |\\ |
| | | \\ |
D────C D────C
左边推一推会变形。右边加了 AC 以后,变成三角形 ABC 和三角形 ACD,两个三角形的边都固定了,整个框架就稳了。
例 3:生活中的应用
用三角形的地方:自行车车架、篮球架、屋顶的桁架、桥梁的钢架。它们都要保持形状不变。
用四边形的地方:伸缩门、升降晾衣架、折叠椅。它们需要能变形,所以反而利用四边形的不稳定性。
易错
- 以为三角形稳定是因为三条边一样长。任意三角形只要三边固定,形状就固定。
- 以为四边形不稳定就是“不结实”。不稳定指形状会变,不代表容易断。
- 认为所有多边形都不稳定。加对角线后,四边形也可以稳定。
- 忘了三角形三边关系:任意两边之和要大于第三边。
- 把“稳定”理解成“重量大”或“材料硬”。
练习
- 三角形有几条边、几个角?
- 四根小棒钉成一个四边形,推一推会发生什么?
- 怎样让一个四边形框架稳定?
- 自行车车架为什么做成三角形?
- 判断:三角形稳定是因为三条边都相等。
- 举两个利用四边形不稳定性的例子。
答案
- 3 条边,3 个角。
- 会变形,边长不变,角的大小改变。
- 加一条对角线,把它分成两个三角形。
- 三角形三边固定后形状不变,这样的结构有助于保持形状;真实车架还要考虑材料和连接是否牢固。
- 错。稳定性来自三边确定后形状唯一,与三边是否相等无关。
- 伸缩门、升降晾衣架(折叠椅也可以)。