1.1探索勾股定理第2课时（教学设计）数学北师大版2024八年级上册

1.1.2 探索勾股定理 教学设计（第2课时 定理证明与深化应用） 1.教学内容 本节课是北师大版《义务教育教科书•数学》八年级上册（以下统称“教材”）第一章“勾股定理”1.1 探索勾股定理（第2课时），内容包括：通过“分割”、“补形”、“拼图”等方法与面积法结合证明勾股定理，并运用定理解决与三角形相关问题． 2.数学思想方法 ·数形结合：将几何图形（正方形面积）与代数运算（平方和）紧密联系起来。 ·几何转化： ·分类讨论：从等腰直角三角形入手，再推广到一般直角三角形。 根据以上分析，确定本节课的教学重点：理解勾股定理的不同证明方法，能利用勾股定理解决实际问题。 1.教学目标 （1）经历勾股定理的证明过程，了解面积法证明勾股定理的不同拼图方法；掌握勾股定理，熟练运用勾股定理计算直角三角形的边长，并能解决一部分实际问题； （2）通过计算面积、“割、补、拼图”等活动，将几何图形（正方形面积）与代数运算（平方和）紧密联系起来，强化数形结合、转化等的数学思想方法，发展演绎推理能力． （3）经历“提出问题→分析问题→数学建模→解决问题→总结反思”的勾股定理解决实际问题的例题探究学习过程，提高分析和解决问题的能力，形成勾股定理解直角三角形的数学应用意识，初步形成勾股定理解直角三角形的数学模型观念． 2.目标解析 （1）一部分学生能积极参与割、补、拼图等活动，并能用字母表示出相关图形的面积，利用代数运算证明勾股定理；大部分学生能独立解决含直角三角形的多步计算问题. ​ （2）“发展演绎推理能力”体现在学生能有效观察图形特征，选择转化图形的方法（分割、补全、拼图），通过不同的面积表达，证明a2+b2=c2；在这一探索过程中强化数形结合、转化的思想方法. ​ （3）学生在经历例题学习后，会在简单的情景中，抽象出直角三角形，并应用勾股定理解决问题，形成勾股定理的应用意识. ·知识与能力基础：学生在学习本节课之前，八年级学生已熟练掌握完全平方公式，具备一定的计算能力和代数式表示能力；在之前的学习中（如整式运算、图形面积）接触过数形结合思想，这为勾股定理的学习奠定了基础。 ·认知特点：抽象逻辑思维正在发展，通过上一节课的学习，在勾股定理的探索上有一定的数形结合思想分析问题的经验。 ·潜在困难与教学策略 结合学生的认知特点分析分析在教学过程中学生会遇到以下困难：①验证环节中利用面积割补法（特别是“补”法或“总统证法”）理解拼图原理及面积相等关系的建立是难点；②在具体情景中抽象出直角三角形，并应用勾股定理解决问题。 根据以上分析确定下面的教学策略：①采用“特殊到一般思想（用字母表示边长和面积）→面积法证明勾股定理→勾股定理的不同证明方法→应用深化”的模式进行勾股定理的证明教学模式；②通过小组合作拼图（面积割补法）对猜想进行逻辑证明，突破验证难点；③例题分析→例题讲解→变式应用→阶梯式练习”的勾股定理的应用的教学模式；④结合数学史激发兴趣。 基于以上分析，确定本节课的教学难点为：利用面积法（割补法/拼图法）证明勾股定理. 1.直接引入 上节课我们已经通过探索得到了勾股定理，那么如何验证勾股定理呢？你有方法验证它吗？据不完全统计，验证的方法有400多种，今天我们就继续探究勾股定理的证明。 2.温故知新 在学习勾股定理之前，先回顾一下相关知识： (1)勾股定理：直角三角形两直角边的平方和等于斜边的平方。如图，Rt△ABC中，∠C=90°，则a2+b2=c2. (2)完全平方公式：(a+b)2=a2+2ab+b2；(a-b)2=a2-2ab+b2 （设计意图：由学生回忆并回答，为学习本节课勾股定理的证明做铺垫） （教学建议：学生回答．回顾勾股定理和完全平方公式，有利于学生更好的进行勾股定理的证明） 3.学习目标 （1）经历面积法证明勾股定理的不同方法的学习过程，体会数形结合的思想方法，提高推理能力； （2）熟练运用勾股定理解直角三角形，会利用勾股定理解决实际问题，形成勾股定理的应用意识。 （教学建议与意图：教师和学生一起进行目标解读，让学生明确本节课的学习任务） 探究点（一）　探索勾股定理——验证（证明）勾股定理 问题1.设直角三角形的三边长为a、b、c，分别以三条边的长度为边长向外作正方形，联系上节课的学习内容，你能对其中的大正方形进行分割或补形么？怎么做的？ 答： 方法一：补形法 问题2.你有多少方法，用a、b、c表示出大正方形ABCD的面积？（教师提示：先将所有三角形和正方形的面积用a、b、c的关系式表示出来） 答： 大正方形ABCD的面积表示：①4×ab+c2，②(a+b)2， 问题3.如何用上面的两个式子验证勾股定理？ 答：正方形C的面积表示：①S正方形C=c2，②S正方形C=S大正方形 - S4个三角形 =(a+b)2-ab×4=a2+b2+2ab-2ab=a2+b2. 所以a2+b2=c2.（勾股定理得证） 方法二：分割法 问题4.根据上面的验证过程，你能在图1-6中验证勾股定理么？ 答： 小正方形ABCD的面积表示：①(b-a)2，②c2-4×ab； 正方形C的面积表示：S正方形C =S小正方形 + S4个三角形 =(a+b)2-ab×4=a2+b2+2ab-2ab=a2+b2. 所以a2+b2=c2.（勾股定理得证） （设计意图：用问题的方式引导学生有效观察图形特征，结合上节课的内容自主选择合适的转化图形的方法（分割、补全），通过不同的面积表达，证明a2+b2=c2，以此发展演绎推理能力） （教学建议：方法一由教师引导完成，师生共同证明，方法二让学生自主尝试证明） 问题5.你还有其它方法来证明勾股定理么？ 方法三：拼图法（毕达哥拉斯证法） 问题6.如图，正方形ABCD是由4个全等的直角三角形和一个正方形拼成，你能用两种不同的方式表示出正方形ABCD的面积么？ 答：①S正方形ABCD =(a+b)2，②S正方形ABCD =4×ab+c2； 根据面积相等列式：(a+b)2 =4×ab+c2； 根据完全平方公式变形：a2+2ab+b2 =2ab+c2； 最后可得：a2+b2=c2.（勾股定理得证） *方法四：拼图法2 出入相补法（青朱出入图） 探究点（二） 三角形三边的平方的关系 问题1.钝角三角形和锐角三角形是否满足勾股定理？（提示：三边是否满足a2+b2=c2.） 答：不一定 问题2.用数格子的方法，判断图中三角形的三边是否满足a2+b2=c2. 师生归纳结论： 直角三角形 钝角三角形 锐角三角形 a2+b2=c2 a2+b2<c2 a2+b2<c2 （设计意图：继续让学生通过数格子探索钝角三角形和锐角三角形的三边关系，让学生进一步体会从特殊到一般的思想方法，提高学生归纳总结的能力） （教学建议：教师通过问题提示引导学生得出钝角三角形的三边关系为a2+b2<c2，锐角三角形的三边关系为a2+b2<c2即可，不需要再增加难度，拓展内容） 勾股定理验证：如图，图中的三个三角形都是直角三角形，请你尝试用这一图验证勾股定理，并说明它与方法一、方法二的联系. 答：因为S梯形=(a+b)(a+b)=(a2+b2+2ab)，S梯形=ab+ab+c2=(2ab+c2)， 所以a2+b2=c2. 师生总结：勾股定理的验证主要是通过拼图法利用面积的关系完成的，①拼图又常以补拼法和叠合法两种方式拼图，补拼是要求无重叠，叠合是要求无空隙；②用面积法验证的关键是要找到一些特殊图形(如直角三角形、正方形、梯形)的面积之和等于整个图形的面积，从而达到验证的目的． 例题（教材P5）：在一次军事演习中，红方侦察员王叔叔在距离一条东西向公路400 m处侦察，发现一辆蓝方汽车在这条公路上疾驶。他用红外测距仪测得汽车与他相距400m；过了10s，测得汽车与他相距500 m。你能帮王叔叔计算蓝方汽车这10 s的平均速度吗? 问题：你能根据题意画出图形吗?在你画的图形中存在一个怎样的三角形? 答：根据题意，可以画出图1-9，其中点A表示王叔叔所在位置，点C、点B表示两个时刻蓝方汽车的位置。由于王叔叔距离公路400m，因此∠C是直角，三角形ABC为直角三角形。 解：由勾股定理，可得AB2= BC2 +AC2 ，也就是5002=BC2+4002，所以BC=300. 敌方汽车10s行驶了300m,那么它1h行驶的距离为300×6×60=108 000(m),即它行驶的速度为108 km/h. （设计意图：应用勾股定理解决情景中的问题，加深学生们对勾股定理的理解，提高应用意识） （教学建议：教师帮助学生完成审题、分析条件和分析问题的过程，再让学生独立解题。本例题需要重点讲解） 题型一. 在勾股树图中寻求图形面积之间的关系 例1.如图，以Rt△ABC的三边为边，分别向外作正方形，它们的面积分别为S1，S2，S3，若S1+S2+S3=16，则S1的值为（　B　） A.7 B.8 C.9 D.10 方法点拨：以直角三角形三边为基础向外作正方形，等腰三角形或半圆，都能形成简单的勾股图，对于勾股图都有相同的结论，即S1=S2+S3（S1是以斜边为基础向外作的图形的面积，S2和S3分别是以直角边基础向外所作图形的面积. 变式1-1.如图是一株美丽的勾股树，其中所有的四边形都是正方形，所有的三角形都是直角三角形．若正方形A，B，C，D的面积分别是3，5，2，3，则正方形E的面积是 8 ，正方形F的面积是 5 ，正方形G的面积是 13 ． 解题过程：正方形A，B，C，D的面积分别为3，5，2，3， 正方形A，B的面积和为8，正方形C，D的面积和为5， 由勾股定理得，正方形的面积为8，正方形的面积为5， 继续应用勾股定理，得正方形的面积为13， 故答案为：8，5，13． 变式1-2.如图，以的三边分别向外作正方形，它们的面积分别为，若，则的值为 45 答案：45 解题过程：依题意，由勾股定理得：， ∴， ∵， ∴， ∴， 故答案为：45． 变式1-3.如图，分别以直角三角形的三边为直径作半圆，其中两个半圆的面积S1=π，S2=2π，试求出S3的面积. 解：如图，由圆的面积公式，得S1=π()2=π，S2=π()2=2π，所以c2=25，a2=16. 根据勾股定理，得b2=c2-a2=9.所以S3=π()2=πb2=π. （教学建议：根据学情挑选合适问题进行课堂练习） 题型二. 勾股定理证明（寻求图形面积之间的关系） 例2.在学习勾股定理时，甲同学用两个相同的直角三角形和一个等腰三角形构成如图甲所示的直角梯形；乙同学用四个相同的直角三角形构成如图乙所示的大正方形，中间是一个小正方形，甲、乙两位同学给出的构图方案，可以证明勾股定理的是（   ） A．甲 B．乙 C．甲，乙都可以 D．甲，乙都不可以 答案：C 解题过程：甲同学的方案： 由题意得等腰三角形的直角三角形； 梯形的面积直角三角形的面积等腰三角形的面积， ， 整理得， 因此甲同学的方案可以证明勾股定理． 乙同学的方案： 大正方形的面积小正方形的面积直角三角形的面积， ， ， ， 因此乙同学的方案可以证明勾股定理； 故选：C． 例3.如图所示的图形表示勾股定理的一种证明方法，该图形是由四个全等的直角三角形（阴影部分）与中间的空白部分组成．若正方形的边长为5，五边形的面积是36，则图中空白部分的面积是 ． 解：∵正方形的边长为5， ∴正方形的面积， ∴两个全等的直角三角形的面积=五边形的面积-正方形的面积， ∴图中空白部分的面积=正方形的面积-两个全等的直角三角形的面积， 故答案为：． （设计意图：本题型是对本节课中的等面积法的巩固复习，旨在让学生应用图形的分割、补形、拼图变化转化问题，进一步体会化繁为简的转化思想） （教学建议：根据学情和教学安排选择问题进行练习，也可以布置为课后作业） 题型3.勾股定理的应用——构造直角三角形解决问题 例4.如图是某沿江地区交通平面图，为了加快经济发展，该地区拟修建一条连接M,O,Q三城市的沿江高速公路，已知沿江高速公路的建设成本是5000万元/km,该沿江高速公路的建设成本预计是多少? 解：由勾股定理，可得MO2=MN2+NO2，即MO2=302+402=502， ∴MO=50km，同理可得OQ2=OP2+PQ2=502+1202=1302， ∴OQ=130km ∴该沿江高速公路的造价预计是5000×(50+130)=900000（万元） 变式4.某条道路限速，如图，一辆小汽车在这条道路上沿直线行驶，某一时刻刚好行驶到车速检测仪A正下方的B处，过了，小汽车到达C处，此时测得小汽车与车速检测仪间的距离为． (1)求的长； (2)这辆小汽车超速了吗？ （1）解：根据题意，得，, 由勾股定理，得， ∴， 故的长为． （2）解：， ∵， ∴这辆小汽车未超速． （设计意图：构造直角三角形进行勾股定理的应用，巩固重点所学） （教学建议：课堂重点练习） 1.如图①，在中，，，这个直角三角形三边上分别有一个正方形．执行下面的操作：由两个小正方形分别向外作直角边之比为4：3的直角三角形，再分别以所得到的直角三角形的直角边为边长作正方形，图②是1次操作后的图形，图③是2次操作后的图形，，按此规律，如果图①中直角三角形的周长为12，那么10次操作后的图形中所有正方形的面积和为 ． 分析：本题考查了勾股定理，一元一次方程的应用，图形类规律探索，根据题意找出一般规律是解题关键．根据题意设，，由勾股定理的得到，再结合周长得到三边长，分别计算出图①、图②和图③的面积，得出次操作后图形中所有正方形的面积和为，即可求解． 解：， 设，， ， ， 图①中直角三角形的周长为12， ， ， ，，， 图①中所有正方形的面积和为，且直角三角形两直角边向外作的小正方形面积之和等于斜边向外作的小正方形面积， 1次操作后，图②中所有正方形的面积和为， 2次操作后图③中所有正方形的面积和为， …… 观察发现，次操作后图形中所有正方形的面积和为， 10次操作后的图形中所有正方形的面积和为， 故答案为：． 2.用下面的图形验证勾股定理 解：如图，S多边形ABCDEF=a2+b2+2×ab，S多边形A′B′C′D′E′F′=c2+2×ab， ∵S多边形ABCDEF=S多边形A′B′C′D′E′F′， ∴a2+b2+2×ab=c2+2×ab， ∴a2+b2=c2. （教学建议：根据学情和教学安排选择问题进行练习，也可以布置为课后作业） （2024·黑龙江大庆·中考真题）如图①，直角三角形的两个锐角分别是40°和50°，其三边上分别有一个正方形．执行下面的操作：由两个小正方形向外分别作锐角为40°和50°的直角三角形，再分别以所得到的直角三角形的直角边为边长作正方形．图②是1次操作后的图形．图③是重复上述步骤若干次后得到的图形，人们把它称为“毕达哥拉斯树”．若图①中的直角三角形斜边长为2，则10次操作后图形中所有正方形的面积和为 ． 分析：本题主要考查了图形规律，直角三角形的性质、勾股定理、正方形的性质等知识．根据题意分别计算出图①、图②和图③的面积，得出规律即可求解． 解：图①中，∵， 根据勾股定理得，， ∴图①中所有正方形面积和为：， 图②中所有正方形面积和，即1次操作后的图形中所有正方形的面积和为： ， 图③中所有正方形面积和，即2次操作后的图形中所有正方形的面积和为： ， ⋯ ∴n次操作后的图形中所有正方形的面积和为， ∴10次操作后的图形中所有正方形的面积和为， 故答案为：48． （设计意图：在学习完知识后加入中考真题练习，不仅可以帮助学生明确考试方向，熟悉考试题型，检验学习成果，提升应考能力，还可以提升学生的学习兴趣和动力.） 1. 基础必做题：教材习题P8 第3题，P9 第7题，P20 第3题； 2. 能力提升题：教材习题P8 第4题，P21 第7题， P23 第13题 1.1.2验证勾股定理 一、补形、分割、拼图法验证勾股定理：二、例题 三、思想方法：图形转化（分割、补形、拼图）等面积法、从特殊到一般 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$