(讲义)第6章 6.4 6.4.1 平面几何中的向量方法 6.4.2 向量在物理中的应用举例-【提分教练】2023-2024学年新教材高中数学必修第二册(人教A版)

2024-01-06
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内容正文:

6.4 平面向量的应用 6.4.1 平面几何中的向量方法 6.4.2 向量在物理中的应用举例 学习任务 掌握用向量方法解决简单的几何问题、力学问题等一些实际问题,体会向量是处理几何问题、物理问题的重要工具.(数学建模) 物理中的共点力平衡,用两个力F1和F2拉的效果和用一个力F拉的效果是一样的.    问题:(1)F能不能称为F1和F2的合力呢? (2)它们之间有什么关系? 知识点 向量法解决平面几何问题的“三步曲” 思考辨析(正确的打“√”,错误的打“×”) (1)求力F1和F2的合力可按照向量加法的平行四边形法则来解决. (  ) (2)若△ABC为直角三角形,则有=0. (  ) (3)物理学中的功是一个向量. (  ) [答案] (1)√ (2)× (3)× 类型1 向量在平面几何中的应用  长度问题 【例1】 如图,在平行四边形ABCD中,已知AD=1,AB=2,对角线BD=2,求对角线AC的长. [解] 设=a,=b,则=a-b,=a+b,而||=|a-b|====2, 所以5-2a·b=4,所以a·b=, 又||2=|a+b|2=a2+2a·b+b2=1+4+2a·b=6,所以||=,即AC=.  共线问题 【例2】 (源自北师大版教材)如图,点O是▱ABCD两条对角线的交点,点E,F分别在边CD,AB上,且==.求证:点E,O,F在同一直线上. [证明] 设=m,=n, 由==,知E,F分别是CD,AB的三等分点, 所以==+ =-m+(m+n)=m+n, ==+=(m+n)-m=m+n. 所以=. 又O为的公共点,故点E,O,F在同一直线上.  垂直问题 【例3】 如图所示,在正方形ABCD中,E,F分别是AB,BC的中点,求证:AF⊥DE. [证明] 法一:设=a,=b,则|a|=|b|,a·b=0,又==-a+==b+,所以==-a2-a·b+=-|a|2+|b|2=0. 故,即AF⊥DE. 法二:建立如图所示的平面直角坐标系,设正方形的边长为2,则A(0,0),D(0,2),E(1,0),F(2,1),=(2,1),=(1,-2). 因为=(2,1)·(1,-2)=2-2=0, 所以,即AF⊥DE.  用向量法解决平面几何问题的两种方法 (1)几何法:选取适当的基底(基底中的向量尽量已知模或夹角),将题中涉及的向量用基底表示,利用向量的运算法则、运算律或性质计算. (2)坐标法:建立平面直角坐标系,实现向量的坐标化,将几何问题中的长度、垂直、平行等问题转化为代数运算. [跟进训练] 1.如图,在△ABC中,∠BAC=120°,AB=AC=3,点D在线段BC上,且BD=DC.求: (1)AD的长; (2)∠DAC的大小. [解] (1)设=a,=b, 则==+=+)=+=a+b. ∴||2===a2+2×a·b+b2=×9+2××3×3×cos 120°+×9=3.∴AD=. (2)设∠DAC=θ(0°<θ<120°), 则θ为的夹角. ∴cos θ== = ==0. ∴θ=90°,即∠DAC=90°. 类型2 平面向量在物理中的应用 【例4】 如图所示,在细绳O处用水平力F2缓慢拉起所受重力为G的物体,绳子与铅垂方向的夹角为θ,绳子所受到的拉力为F1. (1)求|F1|,|F2|随角θ的变化而变化的情况; (2)当|F1|≤2|G|时,求角θ的取值范围. [解] (1)由力的平衡及向量加法的平行四边形法则,得-G=F1+F2,|F1|=,|F2|=|G|tan θ, 当θ从0°趋向于90°时,|F1|,|F2|都逐渐增大. (2)由|F1|=,|F1|≤2|G|,得cos θ≥. 又因为0°≤θ<90°,所以0°≤θ≤60°.  用向量方法解决物理问题的四个步骤 [跟进训练] 2.一条宽为 km的河,水流速度为2 km/h,在河两岸有两个码头A,B,已知AB= km,船在水中最大航速为4 km/h.怎样安排航行速度,可使该船从A码头最快到达彼岸B码头?用时多少? [解] 如图所示,设为水流速度,为航行速度,以AC和AD为邻边作▱ACED, 当AE与AB重合时能最快到达彼岸.根据题意知AC⊥AE, 在Rt△ADE和▱ACED中, ||=||=2,||=4,∠AED=90°, ∴||==2, ÷2=0.5(h),sin ∠EAD=, ∴∠EAD=30°, ∴船实际航行速度大小为4 km/h,与水流成120°角时能最快到达B码头,用时0.5小时. 1.已知力F的大小|F|=10,在F的作用下产生的位移s的大小为|s|=14,F与s的夹角为60°,则F做的功为(  ) A.7   B.10   C.14   D.70 D [F做的功为F·s=|F||s|cos 60°=10×14×=70.] 2.某

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