9.4 向量应用-【优学精讲】2024-2025学年高中数学必修第二册教用课件(苏教版)

2026-01-23
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教辅
拾光树文化
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资源信息

学段 高中
学科 数学
教材版本 高中数学苏教版必修 第二册
年级 高一
章节 9.4 向量应用
类型 课件
知识点 -
使用场景 同步教学-新授课
学年 2025-2026
地区(省份) 全国
地区(市) -
地区(区县) -
文件格式 PPTX
文件大小 3.56 MB
发布时间 2026-01-23
更新时间 2026-01-23
作者 拾光树文化
品牌系列 优学精讲·高中同步
审核时间 2026-01-23
下载链接 https://m.zxxk.com/soft/56089743.html
价格 3.00储值(1储值=1元)
来源 学科网

摘要:

该高中数学课件聚焦向量在平面几何与物理中的应用,通过共提水桶、引体向上等生活情境导入,衔接向量运算基础,以“三步法”转化几何问题、物理量(力、速度、功)应用为支架,构建从情境到理论再到实践的学习脉络。 其亮点在于情境化导入激发兴趣,分题型(物理应用、几何证明、求长度)配通性通法,如例1用向量解决引体向上拉力问题,例2用基底与坐标法证垂直,培养逻辑推理、直观想象和数学建模素养。助力学生提升实际问题解决能力,为教师提供系统教学资源与方法指导。

内容正文:

9.4 向量应用 新课程标准解读 核心素养 1.会用向量方法解决简单的平面几何问题、力学问 题以及其他实际问题 逻辑推理、直观 想象 2.体会向量在解决数学和实际问题中的作用 数学建模 目录 基础知识·重落实 01 典型例题·精研析 02 知能演练·扣课标 03 基础知识·重落实 01 课前预习 必备知识梳理 目录 目录   在生活中,你是否有这样的经验:两个人共提一桶水,两人手臂 夹角越小越省力;在单杠上做引体向上运动,两臂夹角越小越省力. 【问题】 你能从数学的角度解释上述现象吗? 目录 数学·必修第二册 (SJ) 知识点 向量的应用 1. 用向量运算解决平面几何问题的“三步法” (1)建立平面几何与向量的联系,用向量表示问题中涉及的几何 元素,将 转化为向量问题; (2)通过 ,研究几何元素之间的关系; (3)把 “翻译”成几何关系. 平面几何问题  向量运算  运算结果  目录 数学·必修第二册 (SJ) 2. 平面向量在物理中的应用 (1)物理问题中常见的向量有力、速度、加速度、位移等; (2)向量的加减运算体现在力、速度、加速度、位移的合成与分 解中; (3)动量mv是向量的数乘运算; (4)功是力F与所产生的位移s的数量积. 目录 数学·必修第二册 (SJ) 1. (多选)下列说法中,正确的是(  ) A. 若点B是线段AC的中点,则有 + =2 B. 若 ∥ ,则直线AB与CD平行 C. 若 ∥ ,则A,B,C三点共线 D. 物理学中的功是一个向量 √ √ 目录 数学·必修第二册 (SJ) 2. 人骑自行车的速度是v1,风速为v2,则逆风行驶的速度为(  ) A. v1-v2 B. v1+v2 C. |v1|-|v2| D. | | 解析:  由向量的加法法则可知逆风行驶的速度为v1+v2.故 选B. √ 目录 数学·必修第二册 (SJ) 3. 在△ABC中,已知A(4,1),B(7,5),C(-4,7),则 BC边的中线AD的长为 ⁠. 解析:BC的中点为D( ,6), =(- ,5),∴| | = = .   目录 数学·必修第二册 (SJ) 典型例题·精研析 02 课堂互动 关键能力提升 目录 目录 题型一 向量在物理中的应用 【例1】 (链接教科书第41页例1)加强体育锻炼是 青少年生活学习中非常重要的组成部分.某体重为m (单位:kg)的学生做引体向上运动,处于如图所示 的平衡状态时,若两只胳膊的夹角为60°,每只胳膊 的拉力大小均为400 N,求该学生的体重.(参考数据: 重力加速度g=10 m/s2, ≈1.732.结果保留一位小数) 目录 数学·必修第二册 (SJ) 解:如图所示,该学生所受到的重力为G=mg. 由题意得,|G|=|F'|,F'=F1+F2. 所以|F'|2=|F1+F2|2= + +2F1·F2=4002+ 4002+2×400×400× cos 60°=3×4002, 所以|F'|=400 .所以|G|=400 , 即该学生的体重为m= ≈69.3(kg). 故该学生的体重约为69.3 kg. 目录 数学·必修第二册 (SJ) 通性通法 用向量方法解决物理问题的四个步骤 目录 数学·必修第二册 (SJ) 【跟踪训练】  一个物体受到同一平面内三个力F1,F2,F3的作用,沿北偏东 45°的方向移动了8 m,其中|F1|=2 N,方向为北偏东30°;| F2|=4 N,方向为北偏东60°;|F3|=6 N,方向为北偏西30°. 求这三个力的合力F所做的功. 目录 数学·必修第二册 (SJ) 解:如图,以物体的重心O为原点,正东方向为x轴的 正方向建立平面直角坐标系,则F1=(1, ),F2 =(2 ,2),F3=(-3,3 ), ∴F=F1+F2+F3=(2 -2,2+4 ). 又位移s=(4 ,4 ), ∴合力F所做的功W=F·s=(2 -2)×4 +(2 +4 )×4 =4 ×6 =24 (J). ∴合力F所做的功为24 J. 目录 数学·必修第二册 (SJ) 题型二 向量在平面几何问题中的应用 角度1 利用向量证明平面几何问题 【例2】 (链接教科书第41页例2)如图所示,在正方形ABCD中, E,F分别是AB,BC的中点,求证:AF⊥DE. 目录 数学·必修第二册 (SJ) 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. 目录 数学·必修第二册 (SJ) 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. 目录 数学·必修第二册 (SJ) 通性通法 用向量证明平面几何问题的两种基本思路 (1)利用向量基底法求解:①选取基底;②用基底表示相关向量; ③利用向量的线性运算或数量积找到相应关系;④把计算所得 结果转化为几何问题. (2)利用向量坐标法求解:①建立适当的平面直角坐标系;②把相 关向量坐标化;③利用向量的坐标运算找到相应关系;④利用 向量关系回答几何问题. 目录 数学·必修第二册 (SJ) 角度2 利用向量求线段的长度问题 【例3】 在平行四边形ABCD中,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, ∴5-2a·b=4,∴a·b= , 又| |2=|a+b|2=a2+2a·b+b2=1+4+2a·b=6, ∴| |= ,即AC= . 目录 数学·必修第二册 (SJ) 通性通法 利用向量法求长度的策略 (1)根据图形特点选择基底,利用向量的数量积转化,用公式|a| 2=a2求解; (2)建立坐标系,确定相应向量的坐标,代入公式,若a=(x, y),则|a|= . 目录 数学·必修第二册 (SJ) 【跟踪训练】 1. (2024·宿迁质检)如图所示,在矩形ABCD中,AB=4,点E为 AB的中点,且 ⊥ ,则| |=(  ) A. B. 2 C. 3 D. 2 √ 目录 数学·必修第二册 (SJ) 解析:  以A为坐标原点,AB所在直线为x 轴,AD所在直线为y轴,建立如图所示的直角 坐标系.设| |=a(a>0),则A(0, 0),C(4,a),D(0,a),E(2, 0),所以 =(2,-a), =(4,a).因为 ⊥ ,所以 · =0,所以2×4+(-a)·a=0,即a2=8.所以a=2 ,所以 =(2,-2 ),所以| |= =2 . 目录 数学·必修第二册 (SJ) 2. 如图,在△ABC中,∠ACB=90°,CA=CB,D为BC的中点, E是AB上一点,且AE=2EB,求证:AD⊥CE. 目录 数学·必修第二册 (SJ) 证明:以直角顶点C为坐标原点,CA所在直线为x轴,CB所在直 线为y轴,建立如图所示的平面直角坐标系. 设CA=1,则C(0,0),A(1,0),B(0,1),D . ∴ = . 又AE=2EB,∴E , ∴ = , ∴ · =(-1)× + × =0, ∴ ⊥ ,∴AD⊥CE. 目录 数学·必修第二册 (SJ) 1. 当两人提起重量为G的旅行包时,夹角为θ,两人用力大小都 为|F|,若|F|=|G|,则θ=(  ) A. 30° B. 60° C. 90° D. 120° 解析:  作 =F1, =F2, =-G(图略),则 = + ,当|F1|=|F2|=|G|时,△OAC,△OBC均为 正三角形,所以∠AOC=∠BOC=60°. 从而∠AOB=120°.故 选D. √ 目录 数学·必修第二册 (SJ) 2. 河水的流速为2 m/s,一艘小船以垂直于河岸方向10 m/s的速度驶向 对岸,则小船在静水中的速度大小为 m/s. 解析:由题意知|v水|=2 m/s,|v船|=10 m/s, 作出示意图如图.∴|v|= = = 2 (m/s). 2   目录 数学·必修第二册 (SJ) 3. (2024·南通月考)在Rt△ABC中,斜边BC的长为2,O是平面 ABC内一点,点P满足 = + ( + ),则| | = ⁠. 解析:∵ = + ( + ),∴ - = ( + ), = ( + ),∴AP为Rt△ABC斜边BC的中 线.∴| |=1. 1  目录 数学·必修第二册 (SJ) 4. 已知长方形AOCD中,OA=3,OC=2,E为OC中点,P为AO 上一点,利用向量知识判断当点P在什么位置时,∠PED=45°. 目录 数学·必修第二册 (SJ) 解:如图,建立平面直角坐标系,则E(1, 0),D(2,3), 设P(0,b)(0≤b≤3), 则 =(1,3), =(-1,b), ∴ cos ∠PED= = = . 整理得2b2-3b-2=0, 解得b=2,b=- (舍去), ∴当点P为OA上靠近点A的三等分点时,∠PED=45°. 目录 数学·必修第二册 (SJ) 知能演练·扣课标 03 课后巩固 核心素养落地 目录 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1. 已知两个力F1=(1,2),F2=(-2,3)作用于平面内某静止 物体的同一点上,为使该物体仍保持静止,还需给该物体同一点上 再加上一个力F3,则F3=(  ) A. (1,-5) B. (-1,5) C. (5,-1) D. (-5,1) 解析:  根据力的合成可知F1+F2=(1,2)+(-2,3)= (-1,5),因为物体保持静止,所以作用于物体的合力为0,则 F1+F2+F3=0,则F3=(1,-5).故选A. √ 目录 数学·必修第二册 (SJ) 2. 在四边形ABCD中,若 + =0, · =0,则四边形 ABCD为(  ) A. 平行四边形 B. 矩形 C. 等腰梯形 D. 菱形 解析:  由 + =0,得 =- = ,∴四边形ABCD 为平行四边形.由 · =0知,平行四边形ABCD对角线互相垂 直,故四边形ABCD为菱形. √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第二册 (SJ) 3. (2024·徐州月考)一只鹰正以与水平方向成30°角的方向向下飞 行,直扑猎物,太阳光从头上直照下来,鹰在地面上的影子冲向猎 物的速度大小是40 m/s,则鹰的飞行速度的大小为(  ) A. m/s B. m/s C. m/s D. m/s √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第二册 (SJ) 解析:  如图,设鹰在地面上的影子冲向猎物的 速度 =v1,鹰的飞行速度 =v2,由题可 知| |=|v1|=40,且∠CAB=30°,则| |=|v2|= = .故选C. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第二册 (SJ) 4. (2024·淮安月考)正方形OABC的边长为1,点D,E分别为 AB,BC的中点,则 cos ∠DOE=(  ) A. B. 解析:  以O为原点,以OA,OC所在直线为x 轴、y轴建立平面直角坐标系,如图所示.由题意 知, =(1, ), =( ,1),故 cos ∠DOE= = = . C. D. √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第二册 (SJ) 5. (多选)在Rt△ABC中,CD是斜边AB上的高,如图,则下列等 式成立的是(  ) A. | |2= · B. | |2= · C. | |2= · D. | |2= √ √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第二册 (SJ) 解析:  由 · =| || | cos A=| |·| |,由射影定理可知A正确;由 · =| || |· cos B=| || |,由射影定理可知B正确;由 · =| || | cos (π-∠ACD)<0,又| |2>0,即C错 误;由题意可知Rt△ACD∽Rt△ABC,所以| || |=| |·| |,又由A、B可得| |2= , 即D正确.故选A、B、D. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第二册 (SJ) 6. (多选)在△ABC中, =c, =a, =b,则下列命题中 是真命题的有(  ) A. 若a·b<0且b·c<0,则△ABC为锐角三角形 B. 若a·b>0,则△ABC为钝角三角形 C. 若a·b=c·b,则△ABC为等边三角形 D. 若(a+c-b)·(a+b-c)=0,则△ABC为直角三角形 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第二册 (SJ) 解析:  对于A,a·b= · =-| |·| | cos C< 0,则 cos C>0,则角C为锐角,同理,由b·c<0可知角A为锐 角,但角B不一定是锐角,故A错误;对于B,a·b= · = -| |·| | cos C>0,则 cos C<0,则角C为钝角,故B正 确;对于C,由a·b=c·b,得(a-c)·b=0,即( - )· =( + )· =0,即( + )·( - )= - =0,故| |=| |,故△ABC为等 腰三角形,故C错误;对于D,(a+c-b)·(a+b-c)=0,即a2=(b-c)2,即| |2=( + )2,即( - )2=( + )2,化简得 · =0,故A= ,即△ABC为直角三角形,故D正确.故选B、D. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第二册 (SJ) 7. 如图所示,在倾斜角为37°,高为2 m的斜面上,质量为5 kg的物 体m沿斜面下滑,物体m受到的摩擦力是它对斜面压力的0.5倍, 则斜面对物体m的支持力所做的功为 J,重力对物体m所做的 功为 J(g=9.8 m/s2, sin 37°=0.6). 0  98  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第二册 (SJ) 解析:物体m的位移大小为|s|= = (m),则支持力 对物体m所做的功为W1=F·s=|F||s| cos 90°=0(J); 重力对物体m所做的功为W2=G·s=|G||s| cos 53°= 5×9.8× ×0.6=98(J). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第二册 (SJ) 8. (2024·苏州月考)已知向量a= , =a-b, = a+b,若△OAB是以O为直角顶点的等腰直角三角形,则△OAB 的面积为 ⁠. 1  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第二册 (SJ) 解析:由题意,得|a|=1,又△OAB是以O为直角顶点的等腰 直角三角形,所以 ⊥ ,| |=| |.由 ⊥ 得 (a-b)·(a+b)=|a|2-|b|2=0,所以|a|=| b|,由| |=| |得|a-b|=|a+b|,所以a·b= 0,所以|a+b|2=|a-b|2=|a|2+|b|2=2,所以| |=| |= ,所以S△OAB= × × =1. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第二册 (SJ) 9. 在△ABC中,O为中线AM上的一个动点,若AM=2,则 ·( + )的最小值为 ⁠. 解析:因为M为BC的中点,所以 + =2 ,则 ·( + )=2 · =2| |·| |· cos 180°=-2| || |.设OA=x(0≤x≤2),则OM=2-x.令y=x (2-x)(0≤x≤2),则ymax=1,所以 ·( + )的最 小值为-2. -2  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第二册 (SJ) 10. 如图,在平行四边形ABCD中,M为线段DC的中点,N为线段 AC的中点,点T在线段AM上,且AT=3TM. 求证:NT∥BM. 证明:记 =a, =b, 则 = + =- a+b, = + =- + . 而 =a+b, = + = a+b, 所以 =- (a+b)+ ( a+b)=- a+ b, 所以 =4 ,所以NT∥BM. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第二册 (SJ) 11. 某江南北两岸平行,一艘游船从南岸码头A出发航行到北岸,假 设游船在静水中的航行速度的大小|v1|=8 km/h,水流的速度 的大小|v2|=4 km/h,设v1和v2的夹角为θ(0°<θ< 180°),北岸的点B在A的正北方向,游船正好抵达B处时, cos θ=(  ) A. B. - C. D. - √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第二册 (SJ) 解析:  如图,设船的实际速度为v.由题知北岸的 点B在A的正北方向,游船正好到达B处,则v⊥v2, ∴ cos θ=- cos (π-θ)=- =- =- . 故选D. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第二册 (SJ) 12. (多选)一物体受到3个力的作用,其中重力G的大小为4 N,水 平拉力F1的大小为3 N,另一力F2未知,则(  ) A. 当该物体处于平衡状态时,|F2|=5 N B. 当F2与F1方向相反,且|F2|=5 N时,物体所受合力大小为0 C. 当物体所受合力为F1时,|F2|=4 N D. 当|F2|=2 N时,3 N≤|F1+F2+G|≤7 N √ √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第二册 (SJ) 解析:  对于A,当该物体处于平衡状态时,|F2|=|F1 +G|= =5(N),选项A正确;对于B,当F2与F1方 向相反,且|F2|=5 N时,物体所受合力大小为 =2 (N),选项B错误;对于C,当物体所 受合力为F1时,G与F2的合力为0,所以|F2|=4N,选项C正 确;对于D,当|F2|=2 N时,因为F1与G的合力大小为|F1 +G|=5 N,所以3 N≤|F1+F2+G|≤7 N,选项D正确. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第二册 (SJ) 13. 如图,平面内点P在两条平行直线m,n之间,且到m,n的距离 分别为1,2,点A,B分别在直线m,n上,且| + |= 5,则 · 的最大值为 ⁠. 4  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第二册 (SJ) 解析:由题意,平面内点P在两条平行直线m,n之 间,且到m,n的距离分别为1,2,可得平行线 m,n间的距离为3,以直线m为x轴,以过点P且与 直线m垂直的直线为y轴,建立坐标系,如图所示,则由题意可得点P(0,1),直线n的方程为y=3.设点A(a,0),点B(b,3),则 =(a,-1), =(b,2),所以 + =(a+b,1).因为| + |=5,所以(a+b)2+1=25,所以a+b=2 或a+b=-2 (舍去).当a+b=2 时, · =ab-2=a(2 -a)-2=-a2+2 a-2=-(a- )2+4.所以当a= 时, · 取得最大值,最大值为4. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第二册 (SJ) 14. 在某海滨城市O附近海面有一台风,据监测,当前台风中心位于城市O(如图所示)的东偏南θ(θ∈(0°,90°))方向300 km的海面P处,并以20 km/h的速度向西偏北45°方向移动.台风 侵袭的范围为圆形区域,当前半径为60 km,并以10 km/h的速度不断增大.问几小时后该城市开始受到台风的侵袭?(注: cos (θ-45°)= ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第二册 (SJ) 解:设t h后,台风中心移动到Q处, 此时城市开始受到台风的侵袭, ∠OPQ=θ-45°. ∵ = + , ∴ =( + )2= + +2 · . ∴ = + -2| || | cos (θ-45°)=3002 +(20t)2-2×300×20t× =100(4t2-96t+900). 依题意得 ≤(60+10t)2, 解得12≤t≤24. 从而12小时后该城市开始受到台风的侵袭. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第二册 (SJ) 15. (2024·常州月考)我们把与直线l垂直的向量称为直线l的法向 量.设e=(A,B)是直线l的一个方向向量,那么n=(-B, A)就是直线l的一个法向量(如图①).借助直线的法向量,我 们可以方便地计算点到直线的距离. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第二册 (SJ) 已知P是直线l外一点,n是直线l的一个法向量,在直线l上任取 一点Q,那么 在法向量n上的投影向量为(| | cos θ) (θ为向量n与 的夹角),其模就是点P到直线l的距离 d,即d= (如图②).据此,请解决下面的问题:已知 点A(-4,0),B(2,-1),C(-1,3),求点A到直线 BC的距离. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第二册 (SJ) 解:由题意,得直线BC的一个方向向量e= =(-3,4), 则n=(-4,-3)为BC的一个法向量, 又 =(6,-1), ∴点A到直线BC的距离d= = = . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 目录 数学·必修第二册 (SJ) $

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