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一、 用力系平衡的概念解题
力系平衡时,在各个方向上各分力的代数和为零.依此原理可解某些数学问题.
例1 求cos5°+cos77°+cos149°+cos221°+cos293°的值.
解:上式恰好是五个作用点在原点,大小为1且与x轴正向分别成5°、77°、149°、221°、293°的力在水平方向上的分力的代数和,因为这五个单位力均匀地分布在圆周之内,所以力系平衡,在水平方向上的分力的代数和为零,故原式为零.
同理,当发现三角函数运算时,角度非特殊角,但角度间有着某些联系,如例题中的角度之间相差72°,又正好是5(将圆周5等分)个同三角函数的和;这题sin12°+sin132°+sin252°中3个同函数角度间相差120°,又如sin73°+cos107°+cos197°+cos287°,都可以运用这一原理来解.
二、 巧用杠杆原理解三角形
例2 如图,在任意△ABC中,AD、BE、CF分别为三个角的角平分线,且它们相交于点I,AD交△ABC于点D,BE交△ABC于点E,CF交△ABC于点F.已知AI∶DI=3∶2,BI∶EI=4∶1,求BD∶CD的值.
解:如果我们用几何知识解这题,还是非常的烦.但如果我们设AD、FC、BC、AC为杠杆,I为AD、FC支点,D为BC支点,E为AC支点的话,这道题就简单了.
因为在杠杆AD上,如果AI∶DI=3∶2,那么可设在点A上挂2aN的重物,则点D上挂的重物应是3aN,支点I上挂的应是5aN,且BI∶EI=4∶1,同理在杠杆BE点B上挂1aN重物,点E上挂4aN;在杠杆AC上,E是AC的支点,那么点C应挂2aN,再以BC为杠杆,根据点B挂1aN的重物可知,BD∶CD=2∶1了.
用此原理,就可以求解某一点将线段一分为二的同直线上的比例线段问题.如图,已知,D是BC的中点,E是AD的中点,则 AF∶FC是多少?等等.
三、 巧设参照物
例3 某人划船逆流而上,途经一座桥时,掉下一物品.但此人尚未发现,继续逆流而上,而物品则随水漂流.5分钟后此人发现物品丢失,立即调转船头,顺流而下,去寻回该物,问此人几分钟后能寻回?
解:我们在做这题时,如果按照题目要设很多的未知数,如水流的速度V水,船的速度V船之类的,还要说明船逆流航行,顺流航行等一些逻辑关系.最后根据逻辑关系式可以列出等式:
从调头开始,顺流航行的路程=逆流航行的路程+物品随水漂流的路程
(V船+V水) t=(V船-V水)×5+V水(t+5)(其中t为调头后的寻回时间,单位:分钟)
如果在这一题中,我们将水流设为参照物,那么水就相当于静止不动.此人船的速度就相当于不受水流的影响.那么此人无论是顺流还是逆流,他总是以相同的速度.而物品是顺水而漂走的,所以它的速度相当于水流的速度,又因为水是静止的,所以该物品可视作静止.从以上看来,此人在桥下掉下物品,而又往上走了5分钟,那么他要回到桥上,也就需要5分钟的时间.同理,物品视作静止,所以物品是停留在桥下.也就是说,该人要寻回物品,只需要5分钟的时间.
我们在求解大多数的行程问题时,都是以地面作为参照物,如果能改变一下参照物的设立,可能解题就会相对轻松一些.如汽车在轿车的前面180m处以8m/s的速度匀速行驶,小轿车的速度为20m/s,为了避免相撞,则轿车应以多少的加速度减速行驶?
取前面的汽车作为参照物,则后面的轿车作匀减速直线运动,初速度为12m/s,由位移关系得:122=2×a×180,得a=0.4m/s2.
四、 利用力的平行四边形法则
例4 如图,甲、乙两只捕捞船同时从A港出海捕鱼.甲船以每小时152千米的速度沿西偏北30°方向前进,乙船以每小时15千米的速度沿东北方向前进.甲船航行2小时到达C处,此时甲船发现渔具丢在乙船上,于是甲船快速(匀速)沿北偏东75°的方向追赶,结果两船在B处相遇.
(1) 甲船从C处追赶上乙船用了多少时间?
(2) 甲船追赶乙船的速度是每小时多少千米?
解:本题带有一些特殊角,利用几何知识解这题并不困难.现我们利用力的分解,将两船的速度进行分解,分别投影到轴上,可以看作是在x轴和y轴上的追击问题,联列出两个方程合成方程组.
根据逻辑关系:设甲船追赶速度为V甲千米/时,t小时追上;
x轴上的:甲在x轴上的追赶路程=甲从A到C在x轴上的路程+乙在x轴上的路程;
y轴上的:甲在y轴上的追赶路程=甲从A到C在y轴上的路程-乙在y轴上的路程;
可以列出方程:
V甲cos15°t=152×cos30°×2+15×cos45°×(t+2)
V甲sin15°t=152×sin30°×2-15×sin45°×(t+2)
从而可以求出t=2,V甲=15+153
相类似的,在非同直线上的行程问题,可以利用这一原理来求解.例如,一轮船以10海里/时的速度由西向东行,台风中心以40海里/时的速度向北偏东60°的方向移动,距台风中心20海里的区域(包括边界)属台风区,当轮船到A时,测得台风中心移到位于点O处,且OA=80海里.
(1) 若该船自A处按原航线继续航行,船速至少要提高到多少才能避开台风的影响?
(2) 若该船自A处发现,船体有裂缝,无法有效地提高船速,只能提高10%,能在台风影响前到达在A处正北方向23海里的C港吗?
新课程下的数学学科着重于培养学生的综合解题能力,实践应用能力.作为教学者应当鼓励学生学会换位思考,多角度的思考问题.
力系平衡时,在各个方向上各分力的代数和为零.依此原理可解某些数学问题.
例1 求cos5°+cos77°+cos149°+cos221°+cos293°的值.
解:上式恰好是五个作用点在原点,大小为1且与x轴正向分别成5°、77°、149°、221°、293°的力在水平方向上的分力的代数和,因为这五个单位力均匀地分布在圆周之内,所以力系平衡,在水平方向上的分力的代数和为零,故原式为零.
同理,当发现三角函数运算时,角度非特殊角,但角度间有着某些联系,如例题中的角度之间相差72°,又正好是5(将圆周5等分)个同三角函数的和;这题sin12°+sin132°+sin252°中3个同函数角度间相差120°,又如sin73°+cos107°+cos197°+cos287°,都可以运用这一原理来解.
二、 巧用杠杆原理解三角形
例2 如图,在任意△ABC中,AD、BE、CF分别为三个角的角平分线,且它们相交于点I,AD交△ABC于点D,BE交△ABC于点E,CF交△ABC于点F.已知AI∶DI=3∶2,BI∶EI=4∶1,求BD∶CD的值.
解:如果我们用几何知识解这题,还是非常的烦.但如果我们设AD、FC、BC、AC为杠杆,I为AD、FC支点,D为BC支点,E为AC支点的话,这道题就简单了.
因为在杠杆AD上,如果AI∶DI=3∶2,那么可设在点A上挂2aN的重物,则点D上挂的重物应是3aN,支点I上挂的应是5aN,且BI∶EI=4∶1,同理在杠杆BE点B上挂1aN重物,点E上挂4aN;在杠杆AC上,E是AC的支点,那么点C应挂2aN,再以BC为杠杆,根据点B挂1aN的重物可知,BD∶CD=2∶1了.
用此原理,就可以求解某一点将线段一分为二的同直线上的比例线段问题.如图,已知,D是BC的中点,E是AD的中点,则 AF∶FC是多少?等等.
三、 巧设参照物
例3 某人划船逆流而上,途经一座桥时,掉下一物品.但此人尚未发现,继续逆流而上,而物品则随水漂流.5分钟后此人发现物品丢失,立即调转船头,顺流而下,去寻回该物,问此人几分钟后能寻回?
解:我们在做这题时,如果按照题目要设很多的未知数,如水流的速度V水,船的速度V船之类的,还要说明船逆流航行,顺流航行等一些逻辑关系.最后根据逻辑关系式可以列出等式:
从调头开始,顺流航行的路程=逆流航行的路程+物品随水漂流的路程
(V船+V水) t=(V船-V水)×5+V水(t+5)(其中t为调头后的寻回时间,单位:分钟)
如果在这一题中,我们将水流设为参照物,那么水就相当于静止不动.此人船的速度就相当于不受水流的影响.那么此人无论是顺流还是逆流,他总是以相同的速度.而物品是顺水而漂走的,所以它的速度相当于水流的速度,又因为水是静止的,所以该物品可视作静止.从以上看来,此人在桥下掉下物品,而又往上走了5分钟,那么他要回到桥上,也就需要5分钟的时间.同理,物品视作静止,所以物品是停留在桥下.也就是说,该人要寻回物品,只需要5分钟的时间.
我们在求解大多数的行程问题时,都是以地面作为参照物,如果能改变一下参照物的设立,可能解题就会相对轻松一些.如汽车在轿车的前面180m处以8m/s的速度匀速行驶,小轿车的速度为20m/s,为了避免相撞,则轿车应以多少的加速度减速行驶?
取前面的汽车作为参照物,则后面的轿车作匀减速直线运动,初速度为12m/s,由位移关系得:122=2×a×180,得a=0.4m/s2.
四、 利用力的平行四边形法则
例4 如图,甲、乙两只捕捞船同时从A港出海捕鱼.甲船以每小时152千米的速度沿西偏北30°方向前进,乙船以每小时15千米的速度沿东北方向前进.甲船航行2小时到达C处,此时甲船发现渔具丢在乙船上,于是甲船快速(匀速)沿北偏东75°的方向追赶,结果两船在B处相遇.
(1) 甲船从C处追赶上乙船用了多少时间?
(2) 甲船追赶乙船的速度是每小时多少千米?
解:本题带有一些特殊角,利用几何知识解这题并不困难.现我们利用力的分解,将两船的速度进行分解,分别投影到轴上,可以看作是在x轴和y轴上的追击问题,联列出两个方程合成方程组.
根据逻辑关系:设甲船追赶速度为V甲千米/时,t小时追上;
x轴上的:甲在x轴上的追赶路程=甲从A到C在x轴上的路程+乙在x轴上的路程;
y轴上的:甲在y轴上的追赶路程=甲从A到C在y轴上的路程-乙在y轴上的路程;
可以列出方程:
V甲cos15°t=152×cos30°×2+15×cos45°×(t+2)
V甲sin15°t=152×sin30°×2-15×sin45°×(t+2)
从而可以求出t=2,V甲=15+153
相类似的,在非同直线上的行程问题,可以利用这一原理来求解.例如,一轮船以10海里/时的速度由西向东行,台风中心以40海里/时的速度向北偏东60°的方向移动,距台风中心20海里的区域(包括边界)属台风区,当轮船到A时,测得台风中心移到位于点O处,且OA=80海里.
(1) 若该船自A处按原航线继续航行,船速至少要提高到多少才能避开台风的影响?
(2) 若该船自A处发现,船体有裂缝,无法有效地提高船速,只能提高10%,能在台风影响前到达在A处正北方向23海里的C港吗?
新课程下的数学学科着重于培养学生的综合解题能力,实践应用能力.作为教学者应当鼓励学生学会换位思考,多角度的思考问题.