高中数学 1.2 应用举例教案 新人教B版必修5.doc

1.2 应用举例整体设计教学分析本章通过章头图中的古建筑和台风问题实例，引入要学习的数学知识，由此可见实际测量在本章的中心地位实际上解斜三角形知识在实际问题中有着广泛的应用，如测量、航海等都要用到这方面的知识对于解斜三角形的实际问题，我们要在理解一些术语(如坡角、仰角、俯角、方位角、方向角等)的基础上，正确地将实际问题中的长度、角度看成三角形相应的边和角，创造可解的条件，综合运用三角函数知识以及正弦定理和余弦定理来解决教学时要充分利用数形结合的方法，充分利用多媒体课件给学生以动态演示，加强直观感知学习这部分知识有助于增强学生应用数学的意识和提高解决实际问题的能力本节教材提出了四个问题：问题1和问题2为测量题这类问题在我们的日常生活中比比皆是，学生对实际背景非常熟悉，这给教学带来了极大的便利由于底部不可到达，这类问题不能直接用解直角三角形的方法来解决，但用正弦定理和余弦定理就可以计算出建筑物顶部或底部到一个可到达的点之间的距离，然后转化为解直角三角形的问题问题3是介绍解决平衡力系的数学方法学习此题教师应先引导学生简要地复习一下向量求和的平行四边形法则和三角形法则问题4是解三角形方法用于天气预报的一个典型例子，有很好的教育价值本节学习可增强学生的数学应用意识，激发学生学习数学的积极性由于解决的是一些实际问题，在进行近似计算时，要求学生算法要简练、清楚，计算要准确本节后的练习和习题都是解三角形应用的基本题，应要求学生全部掌握三维目标1通过巧妙的设疑，结合学生的实际情况，采用“提出问题引发思考探索猜想总结规律反馈训练”的教学过程，使学生能够运用正弦定理、余弦定理等知识解决一些有关测量距离的实际问题同时通过多媒体课件直观演示，加强学生的动态感知，帮助学生掌握常规解法，能够通过类比解决实际问题2通过对解斜三角形在实际中应用的讲解，让学生体会具体问题可以转化为抽象的数学问题，以及数学知识在生产、生活实际中所发挥的重要作用，同时培养学生运用图形、数学符号表达题意和应用转化思想解决数学问题的能力3通过本节的探究，引导学生经过自己的数学活动，从实际问题中提取数学模型，使学生经历发现和创造的过程，进一步拓展学生的数学活动空间，发展学生“做数学”“用数学”的意识重点难点教学重点：掌握应用正弦定理和余弦定理解决测量问题的一般方法，并能应用正弦定理、余弦定理列方程求解一些实际问题，进一步熟悉数学建模的方法步骤，提高解决实际问题的能力教学难点：将实际问题转化为数学问题，即根据实际问题建立数学模型课时安排2课时教学过程第1课时导入新课思路1.(问题导入)本章引言中就提出了经常萦绕着我们的这么一个问题：“遥不可及的月亮离我们地球究竟有多远呢？”在古代，天文学家没有先进的仪器就已经估算出了两者的距离，是什么神奇的方法探索到这个奥秘的呢？我们知道，对于未知的距离、高度等，存在着许多可供选择的测量方案，比如可以借助解直角三角形等方法，但由于在实际测量问题的真实背景下，某些方法不能实施上面的问题用以前的方法是不能解决的那么我们用刚刚学习的正弦定理、余弦定理就可以解决以前不能解决的问题，究竟如何测量呢？下面我们就来探究这个问题，由此展开新课思路2.(情境导入)你有坐汽车(或者火车)经过山前水平公路的经历吗？如果身边带着测角仪，那么根据路标(100米杆)就会立即测算出你所看到的山的高度利用正弦定理、余弦定理你也会马上算出来，在学生急切想知道如何测算山高的期待中展开新课推进新课(1)提示学生先回顾正弦定理、余弦定理，并提问：若已知三角形的两边及其中一边的对角用哪个定理解三角形？若已知三角形的两角及其夹边又可选用哪个定理解三角形呢？(2)回忆过去的一些测量方法，如测量两点间的距离都有哪些测量方法？(3)如果底部可到达，如电线杆的高度应怎样测量？如果底部不能到达，如工厂的烟囱的高度应怎样测量呢？(4)对解题中的近似值要怎样处理才能减小误差呢？(5)解决实际问题的一般程序是什么？活动：教师先让学生回忆正弦定理、余弦定理的内容，学生很快回忆起来，若已知三角形的两边及其中一边的对角，则用正弦定理较好，鼓励学生多动手画图，特别是对想象能力较弱的学生，更应画出图形，在图形上标出已知的数据以加强直观感知对于底部可到达的物体的高度问题，如测量电线杆的高度，利用初中的知识即可解决如图1，只要测出b及bc即可算出ac的高度对于底部不能到达的物体的高度又该怎样测量呢？图1图2教师引导学生分组讨论，充分发挥学生的想象力学生会提出许多的方案教师可一一指导，选出其中有代表性的方案作为本节教学的切入点，比如有的学生会提出：既然底部不可到达，则bc就不可测出，但解三角形至少需有一边，如此可否使原来的b点后退至b点，测量bb的距离如图2，引导学生深入探究，效果将会更好在具体解题过程中，教师可针对解题中的近似值处理问题，适时地提醒学生注意：(1)应根据题中对精确度的要求，合理选择近似值；(2)为避免误差的积累，解题过程中应尽可能地使用原始(已知)数据，少用间接求出的量讨论结果：(1)(4)略(5)解决实际问题的一般程序是：(1)审题，逐字逐句地阅读题目，弄清题目的条件、要求，找出其中的数学关系；(2)建模，分析题目的变化趋势，选择适当的数学模型；(3)求解，也就是对所建立的数学模型进行数学解答得到数学结论；(4)还原，即把数学结论还原为实际问题的解答，包括检验是否符合实际意义等本节所研究的问题都是把实际问题转化成解三角形的问题，然后利用正弦定理、余弦定理、三角函数等来解决例1(教材问题1)活动：教师借助多媒体，引导学生观看实物图片，让学生明确建筑物的底部不可到达，需在宫墙外护城河畔的马路边选择一个观测点，移动测量仪再选择一个观测点在动态的演示中让学生充分理解我们为什么要这样做然后教师指导学生画出平面示意图，并在图上标出相关的数据，让学生自己思考怎样根据正弦定理和余弦定理计算出建筑物的高度点评：解完本例后让学生总结测量的方法，本例的关键是选择观测点和测量的基线，与实物的实际高度仅有0.3 m的误差，可让学生分析误差产生的原因 变式训练如图，在山顶铁塔上b处测得地面上一点a的俯角5440，在塔底c处测得a处的俯角501.已知铁塔bc部分的高为27.3 m，求出山高cd.(精确到1 m)解：如下图，在abc中，bca90，bac，bad.根据正弦定理，所以ab.解rtabd，得bdabsinbad.将测量数据代入上式，得bd177(m)，cdbdbc17727.3150(m)答：山的高度约为150 m.例2(教材问题2)活动：教师借助多媒体，引导学生观看实物图片，明确要解决的问题在实际生活中，这样的问题随处可见，如学生熟悉的河两岸的某两点之间的距离在例1的类比下，学生很容易想到选择一个观测点，移动测量仪再选择一个观测点本例可让学生画图探究教师给予适时点拨点评：结合例1可对这类测量问题进行小结，解决这类测量问题的关键是选择观测点和测量的基线可让学生进一步探究，除了教材中的测量方法和计算，还有其他的方法吗？ 变式训练如图，为了测量隧道口ab的长度，给定下列四组数据，测量时应当用数据()a，a，b b，aca，b， d，b答案：c解析：由a，b，利用余弦定理可求出ab.例3如图，一辆汽车在一条水平的公路上向正西行驶，到a处时测得公路北侧远处一山顶d在西偏北15的方向上，行驶5 km后到达b处，测得此山顶在西偏北25的方向上，仰角为8，求此山的高度cd.活动：教师引导学生充分理解题目背景，引导学生画出图形首先理解什么是仰角，西偏北25是什么意思本题的图形是一个立体几何图形，让学生充分理解图形中的各个已知量和要求的量解：在abc中，a15，c251510，根据正弦定理，bc7.452 4(km)，cdbctandbcbctan81 047(m)答：山的高度约为1 047 m.点评：此例即为本课导入时思路2提出的问题，切入生活实际教师可提醒学生总结，我们是如何根据已知条件及所求的边长，恰当地选取我们需要的三角形的1为了测量河的宽，在河岸的一边选取两点a和b，观测对岸标记c点，测得cab45，cba75，ab120 m，则河宽为_ m.答案：20(3)解析：由题意画出示意图，如下图，则acb180457560，由正弦定理，知，ac12020(3)在rtacd中，cdacsin4520(3)，即河的宽为20(3) m.2如图，测量河对岸的塔高ab时，可以选与塔底b在同一水平面内的两个测点c与d.测得bcd15，bdc30，cd30米，并在点c测得塔顶a的仰角为60，则塔高ab_.答案：15米解析：在dbc中，cbd1801530135.由正弦定理得，bc15.在rtabc中，abbctan601515(米)，即塔高为15米先由学生自己回顾本节所学的测量底部不可到达的建筑物高度和测量地面上两个不能到达的地方之间的距离的方法，是如何从实际问题情境中寻求到解决问题的方案的，你是否能根据题意准确地画出示意图？你没有画出的原因是什么呢？在学生自己总结归纳而对本节有了一个整体认识的时候，教师可作进一步的归纳解决实际问题的关键是建立数学模型，特别是画出示意图是准确迅速解这类数学问题的关键，也是本节要体现的技能，这在高考中体现得很突出，需要在反复的练习和动手操作中提高这方面的能力课本本节习题12a组1、2、3.设计感想本教案设计以情境教学、问题教学为主，教师引导和学生积极参与探究相结合，充分体现以学为主、逐步领悟的原则日常生活中的实例体现了数学知识的生动运用通过合作学习和相互提问补充的方法让学生多感受问题的演变过程，通过多媒体课件的演示让学生切身感受实际问题所反映的数学本质，让学生在轻松愉快的互动气氛中学到知识，提高能力本教案设计的中心主线是在学生探究活动中提炼数学建模，不要求学生死记硬背解决实际问题的方法步骤本教案的设计始终抓住本节乃至本章的这一重点，不在一些细枝末节上浪费时间通过本节探究，学生基本上熟悉了解决实际问题的思想方法，下一步教师要在规范步骤等方面加以关注备课资料一、拓展资源1利用余弦定理证明正弦定理在abc中，已知a2b2c22bccosa，b2c2a22cacosb，c2a2b22abcosc，求证：.证明：由a2b2c22bccosa，得cosa，sin2a1cos2a1.记该式右端为m，同理可得m，m，.2如图，p为abc内的一点，且pabpbcpca，记bca，cab，abc，求证：.证明：在pac中，由正弦定理，得.apc180(a)180a.从而spabcapsincsinbcsinasabc.同理可得spbcsabc，spcasabc.相加后即得sabcsabc().二、备用习题1在一幢20 m高的楼顶测得对面一塔顶的仰角为60，塔基的俯角为45，则塔高为()a20(1) m b20(1) mc10() m d20() m2如图，在河岸ac测量河的宽度bc，测量下列四组数据，较适宜的是()aa，c， bb，c，cc， db，3如图，b、c、d三点在地面同一直线上，dca，从c、d两点测得a点的仰角分别是、()，则a点离地面的高ab等于 ()a. b.c. d.4如图，有一长为10 m的斜坡，它的倾斜角是75，在不改变坡高和坡顶的前提下，通过加长坡面的方法将它的倾斜角改为30，则坡底要延伸()a5 m b10 m c10 m d10 m5如下图，我炮兵阵地位于地面a处，两观察所分别位于地面点c和d处，已知cd6 000 m，acd45，adc75，目标出现于地面点b处时，测得bcd30，bdc15，求炮兵阵地到目标的距离(结果保留根号)6如下图，测量人员沿直线mnp的方向测量，测得a点的仰角分别是amb30，anb45，apb60，且mnpn500 m，求塔高ab.参考答案：1b解析：如图，ab为楼，cd为塔，am为水平线，则有ab20.dam45，cam60，md20，am20，cm20.cd20(1)(m)2d解析：由，b可利用正弦定理求出bc.3b解析：在abc中，cda，dac，由正弦定理，得，ac.在rtabc中，abacsin.4c解析：在abc中，由正弦定理，可知，x10 m.5解：在acd中，cad180acdadc60，cd6 000 m，acd45，由正弦定理，有adcd.同理，在bcd中，cbd180bcdbdc135，cd6 000，bcd30.由正弦定理，有bdcd.又在abd中，adbadcbdc90，根据勾股定理，得abcdcd1 000 m.答：炮兵阵地到目标的距离为1 000 m.6解：设ab的高为x.ab与地面垂直，abm，abn，abp均为直角三角形bmxcot30x，bnxcot45x，bpxcot60x.在mnb中，bm2mn2bn22mnbncosmnb，在pnb中，bp2np2bn22npbncospnb，又bnm与pnb互补，mnnp500，3x2250 000x22500xcosmnb，x2250 000x22500xcospnb.，得x2500 0002x2，x250(m)答：塔高ab为250 m.第2课时导入新课思路1.(本章章头图导入)有的学生可能要问：正弦定理探究完了，余弦定理也探究完了，那么本章开始引言中提出的问题究竟怎样解决呢？也就是怎样算出几小时后某城市开始受到台风的侵袭和怎样测出海上航行的轮船的航速和航向呢？学过本节后就简单清晰了，由此展开新课思路2.(猜想导入)上节课我们探究了怎样测量不可到达的点的距离，又解决了怎样测量底部不可到达的建筑物高度的问题，这些都是距离问题，那么能否借助正弦定理、余弦定理测量一些角度的问题呢？回答是肯定的，由此展开新课推进新课(1)回忆前面是如何测量距离和高度的？(2)在测量距离和高度时，是怎样由三角形的一些已知边和角来求其他边的？(3)回忆上册中向量求和的平行四边形法则和三角形法则.(4)日常生活中还有一个例子，如航海，在浩瀚无垠的海面上如何确保轮船不迷失方向，同时保持一定的航速和航向前进，还有如何预防台风的侵袭等，这些可否像前面探究的距离和高度那样，转化为解三角形模型来解决呢？活动：教师引导学生再次回忆正弦定理、余弦定理为了提高学生兴趣，可换个提法，前面解决实际问题的顺序是“实际问题数学建模数学模型的解实际问题的解”，我们如果不按这个步骤进行结果会怎样？通过这样反复强化，使学生的“数学建模”意识得以巩固，这里关键是找出已知量和未知量，画好平面示意图，确定需要解决的三角形三角形模型应用很广泛，像航海确定方向等都离不开角，当然也就离不开解三角形，也就需要用正弦定理、余弦定理等有关的三角形知识来解决它讨论结果：(1)(4)略例1(教材问题3)活动：本例题是解三角形与向量结合的典例，教师可引导学生复习向量的相关知识利用多媒体课件明确所要探究问题的已知量和未知量，指导学生画出平面示意图，这是解好本问题的关键点评：本例背景是我们人人都熟悉的三角形灯架，目的是让学生熟悉解决平衡力系的数学方法，解决问题的关键是把受力情况和角度都放在三角形中，然后用正弦定理解决 变式训练有两根柱子相距20 m，分别位于电车的两侧，在两柱之间连接一条水平的绳子，电车的送电线就悬挂在绳子的中点，如果送电线在这点垂直向下的作用力是17.8 n，则这条成水平的绳子的中点下降0.2 m，求此时绳子所受的张力解：如图所示，设重力作用点为c，绳子ac、bc所承受的力分别记为、，重力记为.由c为绳子的中点，知|.由，知四边形cfge为菱形又cosfcgcosdcb0.02，|445，即绳子所受的张力为445 n.例2如图，一艘海轮从a出发，沿北偏东75的方向航行67.5 n mile后到达海岛b，然后从b出发，沿北偏东32的方向航行54.0 n mile后到达海岛c.如果下次航行直接从a出发到达c，此船应该沿怎样的方向航行，需要航行多少距离？(角度精确到0. 1，距离精确到0.01 n mile)活动：教师引导学生根据题意画出平面示意图，这是解决本类题目很重要的一方面教师可就此点拨学生注意：画图、用图、识图是学好数学的一项基本功，能否准确画出示意图直接决定着解题的成败，这项基本功较弱的同学可就此加强自己的补弱训练我们前面学习时有过这样的经历：有些选择题，甚至解答题，只要画出示意图，解答结果很快就出来了，这就是数形结合的强大威力之所在，提醒学生关注这一点解：在abc中，abc180 75 32137，根据余弦定理，ac113.15.根据正弦定理， ，sincab0.325 5，所以cab19.0，75cab56.0.答：此船应该沿北偏东56.0的方向航行，需要航行113.15 n mile.点评：本例综合运用了正、余弦定理，体现了正弦定理、余弦定理在解斜三角形中的重要作用解完本例后教师引导学生进行反思领悟，让学生把重点放在数学建模这一共性上和对一般方法的掌握上 变式训练如图，港口a北偏东30方向的c处有一观测站，港口正东方向的b处有一轮船，测得bc为31 n mile，该轮船从b处沿正西方向航行20 n mile后到d处，测得cd为21 n mile，问此时轮船离港口a还有多远？解：由条件知cad60，设acd，cdb，在bcd中，由余弦定理，得cos.sin.sinsin(60)sincos60cossin60.在abc中，由正弦定理，得，ad15 n mile.答：此时轮船离港口还有15 n mile.例3(教材问题4)活动：为降低难度，本题已经给出了平面示意图，教学时，可先不让学生看这个图形，让学生通过阅读题意自己画出图形，然后对照题目给出的图形，以便找出偏差或者教师以幻灯片的形式打出题意，稍后再出示示意图，留给学生足够的思考空间点评：(1)本例右边的边注可作为本例的变式训练在教材图116中，延长pq到q，使aqq40.3，台风沿pq方向过点q时，则台风终止侵袭a城侵袭a城的时间为台风经过q到q所用的时间解aqq，求出q与q的距离，然后除以台风移动的速度就可得到侵袭a城的时间(2)解完此题后教师引导学生总结应用正、余弦定理解斜三角形的解题方法在解三角形的应用题时，通常会遇到两种情况：已知量与未知量全部集中在一个三角形中，依次利用正弦定理或余弦定理解之已知量与未知量涉及两个或几个三角形，这时需要选择条件足够的三角形优先研究，再逐步在其余的三角形中求出问题的解1已知a、b、c为abc的三个内角a、b、c的对边，向量m(，1)，n(cosa，sina)若mn，且acosbbcosacsinc，则b_.2如图所示，海中小岛a周围38海里内有暗礁，一船正在向南航行，在b处测得小岛a在船的南偏东30，航行30海里后，在c处测得小岛在船的南偏东45，如果此船不改变航向，继续向南航行，有无触礁的危险？答案：1.解析：由题意，得cosasina0，即tana.又0a，a.由正弦定理，得sinacosbsinbcosasin2c，即sincsin2c.sinc0，sinc1.又0c，c.b().2解：在abc中，bc30，b30，acb135，a15.由正弦定理，知ac60cos1515()，a到bc所在直线的距离为acsin4515(1)40.98(海里)40.98海里38海里，船继续向南航行，没有触礁的危险先让学生回顾本节所探究的有关角度的知识过程，熟悉有关角的概念；回顾在本节实际问题的探究中，是怎样画出方位角的，是如何将实际问题转化为数学问题的，又是怎样灵活地选用正弦定理、余弦定理的通过本节利用物体受力情况和航海、台风侵袭等实际问题，我们感受到数学模型可以有效地描述自然现象和社会现象；数学是人类的一种文化，它的内容、思想、方法和语言是现代文明的重要组成部分课本本节习题12a组4；习题12b组3.设计感想本教案是根据课程标准，学生的认知特点，内容的安排而设计的，由于本节课的前面已经有了举例探究经验，因此设计的活动主要都是通过学生自己完成；只是教材一开始就呈现出台风侵袭城市的背景图，涉及到方位角，学生对图形难以把握，特别从空间的视角去审视的时候有些困难因此教师应充分利用多媒体课件演示，让学生从动态中发现实物背景下的数学图形及有关的角度问题，引导学生自己画出平面示意图这是解决本例的关键所在，教师不要怕在此浪费时间本教案的设计意图还在于，通过本节课的展示，让学生体会到数学离不开生活，生活离不开数学，数学知识来源于生活而最终服务于生活；数学课堂的最后呈现标准不是学生成为解题能手，而是让学生体会到数学的实用价值备课资料一、备用习题1从a处望b处的仰角为，从b处望a处的俯角为，则、的关系是()a b c90 d1802已知两座灯塔a和b与海洋观察站c的距离相等，灯塔a在观察站c的北偏东40，灯塔b在观察站c的南偏东60，则灯塔a在灯塔b的()a北偏东10 b北偏西10c南偏东10 d南偏西103如图，有两条相交成60角的直线xx、yy，交点是o，甲、乙分别在ox、oy上，起初甲在离o点3千米的a点，乙在离o点1千米的b点，后来两人同时以每小时4千米的速度，甲沿xx方向，乙沿yy方向步行 (1)起初，两人的距离是多少？(2)用包含t的式子表示t小时后两人的距离；(3)什么时候两人的距离最短？4如图，当甲船位于a处时获悉，在其正东方向相距20海里的b处有一艘渔船遇险等待营救甲船立即前往救援，同时把消息告知在甲船的南偏西30，相距10海里c处的乙船，试问乙船应朝北偏东多少度的方向沿直线前往b处救援(角度精确到1)5如图，已知a、b两点的距离为100海里，b在a的北偏东30处，甲船自a以50海里/时的速度向b航行，同时乙船自b以30海里/时的速度沿方位角150方向航行问航行几小时，两船之间的距离最近？ 6在某时刻，a点西400千米的b处是台风中心，台风以每小时40千米的速度向东北方向直线前进，以台风中心为圆心、300千米为半径的圆称为“台风圈”，从此时刻算起，经过多长时间a进入台风圈？a处在台风圈中的时间有多长？7在一个特定时段内，以点e为中心的7海里以内海域被设为警戒水域，点e正北55海里处有一个雷达观测站a.某时刻测得一般匀速直线行驶的船位于点a北偏东45，且与点a相距40海里的位置b，经过40分钟又测得该船已行驶到点a北偏东45(其中sin，090)且与点a相距10海里的位置c.(1)求该船的行驶速度；(单位：海里/时)(2)若该船不改变航行方向继续行驶，判断它是否会进入警戒水域，并说明理由参考答案：1b2b解析：由题意可画出平面示意图，如图，则acb80，acbc，abc50.因此灯塔a在灯塔b的北偏西10.3解：(1)甲、乙两人起初的位置是a、b，则ab2oa2ob22oaobcos6032122317，起初两人的距离是千米(2)设甲、乙两人t小时后的位置分别是p、q，则ap4t，bq4t，当0t时，pq2(34t)2(14t)22(34t)(14t)cos6048t224t7；当t时，pq2(4t3)2(14t)22(4t3)(14t)cos12048t224t7，pq.(3)pq248t224t748(t)24，当t时，即在第15分钟末，pq最短答：在第15分钟末，两人的距离最短4解：连结bc，由余弦定理，得bc220210222010cos120700，于是bc10.由，sinacb.acb90，acb41.乙船应朝北偏东71方向沿直线前往b处救援5解：设航行x小时后甲船到达c点，乙船到达d点，在bcd中，bc(10050x)海里，bd30x海里(0x2)，cbd60，由余弦定理，得cd2(10050x)2(30x)22(10050x)30xcos604 900x213 000x10 000.当x1(小时)时，cd2最小，从而得cd最小航行1小时，两船之间距离最近6解：如图，以ab为边，b为顶点作abp45(点p在b点的东北方向上)，射线bp即台风中心b的移动方向，以a点为圆心，