内容正文:
8.6空间直线、平面的垂直
课时12 直线与平面垂直(1)
学习目标
课程目标 学科核心素养
理解直线与平面垂直的定义及相关概念,掌握直线与平面垂直的判定定理 通过对直线与平面垂直的定义和判定定理的学习,培养直观想象和数学抽象等素养
理解点到平面的距离的概念和直线与平面所成角的概念 通过对点到直线的距离和直线与平面所成角的概念的探究学习,培养数学抽象和逻辑推理等素养
掌握直线与平面垂直的证明方法,会求直线与平面所成的角
通过证明直线与平面垂直、求直线与平面所成的角,培养逻辑推理和数学运算素养
情境导学
日晷(图1),本义是指太阳的影子.现在常指古代人类利用日影测得时刻的一种计时器,其原理就是利用太阳的投影方向来测定并划分时刻.“日晷”是线面垂直在我国古代的重要应用.直线与平面垂直是直线与平面的一种特殊的位置关系.那么,什么是直线与平面垂直?怎样判定直线与平面垂直呢?
初探新知
【活动1】
探究异面直线所成角的刻画方法
问题1
阳光下观察直立于地面的电线杆AB及它在地面的影子BC,随着光线的变化,影子BC的位置在不断的变化,电线杆所在的直线AB与其影子BC所在的直线是否保持垂直?
问题2
如果一条直线垂直于平面内的一条直线,那么这条直线垂直于这个平面吗?
任务1
理解直线与平面垂直的定义
问题3
如果一条直线垂直于平面内的两条直线,那么这条直线垂直于这个平面吗?
初探新知
问题4
如果一条直线垂直于平面内的无数条直线,那么这条直线垂直于这个平面吗?
问题5
一条直线垂直一个平面应满足什么条件呢?
问题6
你能用简洁的语言给出直线与平面垂直的定义吗?
问题7
在直线与平面垂直的定义中,“任意”能改为 “无数”吗?
初探新知
问题8
在同一平面内,过一点有且只有一条直线与已知直线垂直,将这一结论推广到空间,过一点垂直于已知平面的直线有几条?
问题9
怎样定义点到平面的距离?
初探新知
【活动2】
探究直线与平面垂直的判定定理
问题10
将一张矩形纸片对折后稍微展开,使其竖立在桌面上.折痕与矩形纸片对折后的边是什么关系?
问题11
折痕与桌面是什么关系?
任务2
理解直线与平面垂直的判定定理
初探新知
问题12
如果一条直线与平面内的一条直线垂直,能判断此直线和平面垂直吗?如果一条直线与平面内的两条直线都垂直,能判断此直线和平面垂直吗?这两条直线必须满足什么条件时才能使直线与平面垂直?
问题13
你能用文字语言、符号语言和图形语言分别表述直线与平面垂直的判定定理吗?
初探新知
【活动3】
探寻直线与平面所成角的刻画方法
问题14
不同的直线与平面相交的情况不尽相同,如何刻画这种不同呢?
问题15
如何定义直线与平面所成的角?
任务3
求直线与平面所成的角
知识梳理
1. 线面垂直定义
一般地,如果直线l与平面α内的任意一条直线都垂直,我们就说直线l与平面α互相垂直,记作l⊥α.直线l叫做平面α的垂线,平面α叫做直线l的垂面.直线与平面垂直时,它们唯一的公共点P 叫做垂足.
过一点垂直于已知平面的直线有且只有一条.
2. 过一点作垂直于已知平面的直线,则该点与垂足间的线段,叫做这个点到该平面的垂线段,垂线段的长度叫做这个点到该平面的距离.
3. 直线与平面的判定定理
如果一条直线与一个平面内的两条相交直线垂直,那么该直线与此平面垂直.
知识梳理
4. 斜线与射影
一条直线l与一个平面α相交,但不与这个平面垂直,这条直线叫做这个平面的斜线,斜线和平面的交点A叫做斜足.过斜线上斜足以外的一点P向平面α引垂线PO,过垂足O和斜足A的直线AO叫做斜线在这个平面上的射影.
5. 直线和平面所成的角
(1) 定义:平面的一条斜线和它在平面上的射影所成的角,叫做这条直线和这个平面所成的角.一条直线垂直于平面,则它们所成的角是直角;一条直线和平面平行,或在平面内,则它们所成的角是0°.
(2) 范围:直线和平面所成的角的取值范围是[0,] .
典例精析
【例1】 如图,已知P是菱形ABCD所在平面外一点,且PA=PC.求证:AC⊥平面PBD.
【思路点拨】在平面PBD中找两条相交直线与AC垂直.
典例精析
【解】
设AC∩BD=O,易知O为AC中点,连接PO.∵PA=PC,∴AC⊥PO.又∵ABCD为菱形,∴AC⊥BD.而PO∩BD=O,PO,BD⊂平面PBD,∴AC⊥平面PBD.
【方法规律】
(1)线线垂直和线面垂直的相互转化:
(2)利用线面垂直的判定定理证明线面垂直的步骤:
①在这个平面内找两条直线,使它和这条直线垂直;
② 确定这个平面内的两条直线是相交的直线;
③ 根据判定定理得出结论.
典例精析
【变式训练1】 在三棱锥A-BCD中,BC=AC,BD=AD,BE⊥CD于点E.求证:CD⊥平面ABE.
【解