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题目:现需测量一井盖(圆形)的直径,但只有一把角尺(尺的两边互相垂直,一边有刻度,且两边的长度都长于井盖的半径),请配合图形、文字说明测量方案,写出测量的步骤(要求写出两种测量方案)。
解读:这是甘肃省的一道中考试题,此题很好地考查了同学们运用圆的有关知识解决实际问题的能力,体现了新的数学课程标准理念,其答案具有很强的开放性,能很好地培养同学们的探索能力与创新能力。
解法1:如图1,把井盖卡在角尺间,可测得AB的长度,记井盖所在的圆的圆心为O,连接OB、OC,由切线的性质得OB上AB,OC⊥AC,又AB⊥AC,OB=OC,则四边形ABDC为正方形,那么井盖的半径OC=AB,进而可求出井盖的直径。
评注:这种方案主要用到切线的性质:圆的切线垂直于经过切点的半径。
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解法2:如图2,把角尺的顶点A放在井盖边缘,记角尺一边与井盖边缘交于点B,另一边交于点C,(若角尺另一边无法达到井盖的边上,就把角尺当直尺用,延长另一边与井盖边缘交于点C)度量BC长即为井盖的直径。
评注:这种方案主要用到圆周角的性质:90°的圆周角所对的弦是直径。
解法3:如图3,把角尺当直尺用,量出AB的长度,取AB的中点C,然后把角尺的顶点与C点重合,一边与CB重合,让另一边与井盖边交于D点,延长DC交井盖边于E,度量DE的长度即为井盖的直径。
评注:这种方案主要用到垂径定理的推论:垂直平分弦的直线必过圆心。
解法4:如图4,把井盖卡在角尺间,记录下B、C的位置,再把角尺当直尺用,可测得BC的长度,记圆心为O,作OD⊥BC,D为垂足,由垂径定理得BD=DC=1/2BC,且∠BOD=∠COD,由作图知∠BDC=90°,所以∠BOD=1/2×90°=45°,在Rt△BOD中,sin∠BOD=BD/BO,所以,BD=BD/sin45°,这样可求出井盖的半径,进而可求出井盖的直径。
评注:这种方案主要用到垂径定理和解直角三角形知识。
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解法5:如图5,把角尺当直尺用,先测得AB的长度,记录下A、B的位置,再量AC=AB,记录下点C的位置,然后测得BC的长度,
作等腰三角形ABC的底边BC上的高AD,D为垂足,因为AD垂直平分BC,所以AD一定过圆心O,由BD=1/2BC可求出BD。
因为AB已测出,所以,在Rt△BDA中,根据勾股定理可求出AD。
又在Rt△BDO中,由勾股定理得:DB2=BD2+OD2=BD2+(AD-AO)2。设井盖的半径为r,则r2=BD2+(AD-r)2。因为BD、AD都已求出,所以,解关于r的一元二次方程即可求出井盖的半径r,进而可求出井盖的直径。
评注:这种方案主要是利用垂径定理与勾股定理构造一元二次方程解答。