内容正文:
高教版第三版《数学》拓展模块一(上册)
第3章 圆锥曲线
3.2.2 双曲线的离心率及综合应用
授课班级
授课类型
新授课
授课教师
教学时长
1课时(45分钟)
教材分析
教材在双曲线定义、两类标准方程、基本几何性质和渐近线的基础上,先用焦距与实轴长的比定义离心率,再由参数关系说明离心率、渐近线斜率和张口大小的联系;随后通过典型例题依次组织性质读取、条件求方程、图像绘制和距离差建模,形成由参数认识到综合应用的递进结构。
本课是双曲线内容的综合与收束,承接标准方程、基本几何量和渐近线,重点训练多条件之间的转化、焦点方向判断以及由距离差确定曲线分支,为后续研究其他圆锥曲线和解决实际轨迹问题积累方法。
学情分析
学生已经能够从标准方程中读出、、和焦点方向,也会求双曲线的渐近线,但容易把焦距与半焦距、实轴长与实半轴长混淆,对离心率与张口大小的联系缺少参数依据。综合求方程时还可能忽略焦点方向,应用题中也容易只写整条双曲线而不依据距离差正负限定分支,需要通过图形、参数关系和规范建模反复校正。
教学目标
1.理解双曲线离心率的定义、取值范围及其与张口大小的关系,掌握相关参数公式。
2.能根据方程、焦点、顶点、渐近线和离心率等条件求双曲线的基本量或标准方程,并能利用性质画出大致图像。
3.能把声音到达时间差转化为距离差并判断双曲线分支,在观察、运算和解释模型的过程中提升直观想象、数学运算与逻辑推理素养。
教学重难点
教学重点:离心率与张口大小的联系,利用多种几何条件确定双曲线方程,运用性质画图和建立距离差模型。
教学难点:综合选择参数关系,并根据距离差的正负准确判断实际轨迹所在的双曲线分支。
教学方法
问题探究法、直观演示法、对比归纳法、讲练结合法。
课前准备
教师准备:教材、演示课件。
学生准备:教材、笔记本。
教学环节设计
教学环节
教学内容
设计意图
教学导入
教师展示教材图3-24中的冷却塔,提出问题:从远处观察,塔身轮廓为什么常呈双曲线形状?不同双曲线的张口大小可以用什么量刻画?学生观察轮廓并回忆焦距、实轴长和渐近线。
【答案】
冷却塔的竖直截面轮廓可近似看作双曲线的一支;比较张口大小需要把焦距、实轴长和渐近线斜率联系起来。
【解析】
只比较某一个长度会受图形整体大小影响。教材用焦距与实轴长的比引入离心率,再利用参数关系说明它与张口大小的联系。
借助冷却塔轮廓激活双曲线图像经验,引导学生产生刻画张口大小和研究综合性质的需要。
新知讲授
一、双曲线的离心率
双曲线的焦距与实轴长的比称为双曲线的离心率,记作e。即。
因为,所以双曲线的离心率。由可以看出,e越大,渐近线斜率的绝对值越大,双曲线的张口就越大。因此,离心率e反映了双曲线的张口大小。
【即时练习1】双曲线的焦距为20,实轴长为16,求离心率。
【答案】
。
【解析】
由,得。
【即时练习2】判断:双曲线的离心率越大,张口越小。
【答案】
错误。
【解析】
由可知,e越大,渐近线斜率绝对值越大,张口越大。
二、利用性质和离心率确定方程
例4 求双曲线的实轴长、虚轴长、焦点坐标、顶点坐标、离心率与渐近线方程。
【答案】
实轴长8,虚轴长4;焦点坐标为;顶点坐标为(0,-4)、(0,4);离心率;渐近线为。
【解析】
将方程化为。由此可知焦点在y轴上,,再按实轴、虚轴、焦点、顶点、离心率和纵轴型渐近线公式依次求得各量。
例5 求满足下列条件的双曲线的标准方程:(1)一个焦点为(10,0),一条渐近线为;(2)焦距为12,离心率为。
【答案】
(1)。(2),或。
【解析】
(1)焦点在x轴上,;由渐近线得,结合解得。(2)由得。焦点方向未说明,应分别写出两类方程。
【即时练习3】双曲线的焦距为10,离心率为2,焦点在轴上,求标准方程。
【答案】
。
【解析】
由得。
【即时练习4】已知双曲线焦点在轴上,一个焦点为(0,5),离心率为,求标准方程。
【答案】
。
【解析】
由得。
三、图像与距离差模型
例6 用描点法画出双曲线的图像。由对称性,先画第一象限内的图像。当时,可写为。
x
4
5
6
7
8
y
0
2.25
3.35
4.31
5.20
以表3-2中的x值为横坐标、对应的y值为纵坐标描点,用光滑曲线顺次连接,再利用对称性画出全部图像。
还可以先确定顶点和虚轴端点,作基本矩形及两条渐近线,再根据曲线经过实轴端点并逐渐接近渐近线的特点画出大致图像。
例7 已知A、B两个哨所相距1600 m,在A哨所听到炮弹爆炸声比在B哨所晚3 s,求炮弹爆炸点所有可能位置构成的曲线的方程,空气中声速约为340 m/s。
【答案】
。
【解析】
时间差对应距离差,所以。又。由于,爆炸点在靠近B的一支,故还需限定。
【即时练习5】画双曲线²/²/的大致图像时,应先确定哪些关键对象?
【答案】
两个顶点、两个虚轴端点、基本矩形及其两条对角线。
【解析】
由确定顶点和虚轴端点,对角线所在直线是渐近线,再画从顶点出发并逐渐接近渐近线的两支曲线。
【即时练习6】两接收点相距1000 ,某声源到两点的距离差为600 。以两接收点中点为原点、连线为轴,求轨迹所在双曲线的、及²。
【答案】
。
【解析】
由距离差绝对值为600得;由两定点距离为1000得,再用计算。距离差正负决定具体分支。
【知识检测】双曲线离心率与渐近线斜率绝对值有什么联系?解决声音定位问题时,为什么还要判断距离差的正负?
【答案】
离心率越大,渐近线斜率绝对值越大,张口越大;距离差的正负用于确定实际点落在双曲线的哪一支。
【解析】
给出参数联系;双曲线定义使用距离差绝对值,而具体应用中的先后或远近关系决定差的符号。
按参数联系、方程确定、图像绘制和距离差建模递进组织学习,用教材原例和即时练习突破综合转化难点。
课堂背诵
完成下列挖空并逐项复述。
1.双曲线离心率是焦距与____的比,记作e,公式为____,取值范围是____。
【答案】
实轴长;;。
【解析】
焦距与实轴长分别为2c和2,且。
2.离心率越大,双曲线的张口越____。
【答案】
大。
【解析】
e越大,越大,渐近线斜率绝对值越大。
3.实际问题中由距离差得到双曲线方程后,还要根据什么确定分支?
【答案】
根据有向距离差的正负,判断动点更靠近哪一个焦点,从而确定所在分支。
【解析】
双曲线定义中的距离差绝对值确定整条双曲线,而实际远近关系通常只对应其中一支。
通过定义挖空、张口关系和分支判断复述,检查学生必须会写、会说和会辨析的核心内容。
师生互动
教师依次给出条件:焦距10、离心率、焦点在y轴上。学生独立求、b,再与同桌核对标准方程;随后说明若去掉焦点方向,答案会怎样变化。
【答案】
;方程为。若焦点方向未知,还应有焦点在x轴上的另一类方程。
【解析】
由得;由得,再由得b=4。
教师归纳:先把焦距、实轴长、离心率、渐近线或顶点条件转化为、、的关系,再确定焦点方向;实际轨迹还要依据距离差正负确定分支。
利用条件卡片组织参数转化、同伴互检和方向辨析,诊断学生能否完整选择关系并规范写出方程。
课堂练习
1.双曲线的焦距为18,实轴长为12,求离心率。
【答案】
。
【解析】
。
2.求双曲线的离心率和渐近线方程。
【答案】
离心率;渐近线。
【解析】
由直接代入离心率和横轴型渐近线公式。
3.已知双曲线焦点在x轴上,一条渐近线为,且一个焦点为(10,0),求标准方程。
【答案】
。
【解析】
由解得=8、b=6。
4.两个接收点相距1200 ,声源到两点的距离差绝对值为800 。求以两接收点中点为原点、连线为轴时轨迹的标准方程,并说明还需什么信息才能确定具体分支。
【答案】
;还需知道声源到哪一个接收点更远。
【解析】
由得。具体远近关系决定距离差符号和所在分支。
设置离心率、性质读取、条件定方程和距离差建模四个梯度任务,检测课堂达标并反馈典型错误。
课堂小结
学生回答:离心率怎样定义并反映什么?综合求方程时怎样选择参数关系?实际距离差模型为什么要判断分支?
【答案】
双曲线离心率,离心率越大,张口越大。求方程时先把已知条件转化为、b、c及渐近线关系,再判断焦点方向并写标准方程。距离差的正负反映动点更靠近哪一个焦点,因此决定具体分支。
【解析】
教师提醒:焦距是2c,实轴长是2;渐近线给出参数比,实际轨迹还要把数学方程与情境中的远近关系对应。
围绕离心率、参数选择和分支判断整理知识联系,形成可复述、可迁移的综合解题路径。
作业布置
1.复习本节课的知识点;
2.完成课后练习;
3.整理笔记和易错题。
教学反思
课堂实施中应进一步压缩例题板演时间,把更多机会留给学生说明离心率、渐近线和张口大小之间的联系。需要重点观察学生是否混淆焦距与半焦距、实轴长与实半轴长,并根据即时练习及时调整参数关系的呈现顺序。距离差建模中,分支判断仍可能被忽略,可增加有向距离差的口头解释和同伴互检。后续还应优化图像演示与代数运算的衔接,使学生既能看懂张口变化,也能规范写出方程和实际取值范围。
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