内容正文:
3.1.2 椭圆的简单几何性质(第1课时) 教学设计
教学内容
本节课为人教A版(2019)选择性必修第一册第三章《圆锥曲线的方程》中3.1.2《椭圆的简单几何性质》的第1课时。核心教学内容为:以椭圆标准方程为载体,运用坐标法、代数运算探究椭圆的范围、对称性、顶点、离心率四大简单几何性质;先推导焦点在x轴上的椭圆性质,再通过类比迁移得到焦点在y轴上的椭圆性质,构建“代数方程→几何性质→曲线图形”的解析几何核心认知模型。
本节课是椭圆定义与标准方程的延伸与深化,是学生首次系统掌握圆锥曲线性质的探究范式,不仅能解决椭圆基础求值、定方程、判形状等问题,更为后续椭圆综合应用、双曲线与抛物线几何性质的学习提供通用方法论,是本章解析几何思维落地的关键课时。
内容解析
本节课以椭圆标准方程为起点,聚焦范围、对称性、顶点三大核心性质,形成 “方程推导性质” 的逻辑链.先以焦点在 x 轴的标准方程为样本,用代数方法(不等式、方程代换)推导几何性质,再类比迁移到焦点在 y 轴的情况,符合 “特殊到一般” 的认知规律,且紧密衔接上一课时的标准方程知识,构建完整知识体系.内容设计围绕 “理解性质推导过程、掌握性质内容、应用性质解决问题” 展开,兼顾知识掌握与能力培养,为后续学习椭圆离心率等其他性质及双曲线、抛物线性质奠定方法基础,体现循序渐进的教学原则.本课时教学内容以椭圆标准方程为基础,聚焦范围、对称性、顶点、离心率四大简单几何性质.教学中先以焦点在 x 轴的椭圆标准方程为范例,通过不等式分析得出 “|x|≤a、|y|≤b” 的范围特征,用 - x 换 x、-y 换 y 的方程代换法验证椭圆关于 x 轴、y 轴及原点的对称性,再定义椭圆与坐标轴的交点为顶点,明确长轴(长 2a)、短轴(长 2b)及 a、b 的几何意义.随后引导学生类比推导焦点在 y 轴椭圆的对应性质,通过例题应用性质分析椭圆特征,搭配练习巩固知识,帮助学生建立 “方程→性质→图形” 的关联,掌握用代数方法研究几何性质的思路,为后续性质学习筑牢基础.
基于以上分析,确定本节课的教学重点为:理解椭圆范围、对称性、顶点、李欣略的推导过程,掌握性质内容并能应用分析椭圆特征.
教学目标
(1)根据椭圆的方程研究椭圆的几何性质.
(2)了解离心率对椭圆扁平程度的影响,培养数学运算的核心素养.
(3)根据几何条件求出椭圆的方程,培养数学运算的核心素养.
(4)掌握椭圆标准方程中的a,b以及c,e的几何意义及解决相关问题,a,b,c,e之间的相互关系,离心率的求法.
目标解析
(1)该目标以椭圆标准方程为依托,引导学生用代数方法探究几何性质.通过对焦点在 x 轴、y 轴的椭圆方程进行不等式分析、代换验证,推导范围、对称性、顶点等性质,建立 “方程→性质” 的关联,培养数形结合思想与逻辑推理能力.
(2)此目标聚焦离心率与椭圆扁平程度的关系.学生需理解离心率 e=c/a 的定义,通过计算不同 e 值对应的椭圆形状,直观感知 e 越大椭圆越扁、e 越小椭圆越圆,在运算中深化对 e 的认知,落实数学运算核心素养.
(3)该目标强调 “由几何条件求椭圆方程” 的逆向应用.学生需根据已知的范围、顶点、对称性等几何条件,确定椭圆焦点位置、a、b 的值,进而设出标准方程求解,在逆向推导中提升运算准确性与问题解决能力,强化数学运算素养.
(4)此目标旨在梳理椭圆核心参数的关系.学生需明确 a(长半轴)、b(短半轴)、c(半焦距)、e(离心率)的几何意义,掌握 及 c²=a²-b² 的关联,能根据已知参数求离心率或其他参数,为综合应用椭圆性质奠定基础.
达成上述目标的标志是:
1. 能快速判断:给定方程 ,能迅速说出 、、、,以及范围 、,顶点坐标 、,焦点坐标 。
1. 能由性质求方程:已知椭圆长轴长为 ,离心率为 ,焦点在 轴上,能正确求出标准方程 。
1. 能理解离心率意义:能用自己的语言解释“ 越接近 ,椭圆越扁; 越接近 ,椭圆越圆”的原因。
1. 能独立完成类比迁移:能根据焦点在 轴上的椭圆性质,类比写出焦点在 轴上的椭圆性质表。
学生已学习椭圆定义与标准方程,能区分焦点在 x 轴、y 轴的方程形式,掌握两点间距离公式及基础代数运算,具备初步数形结合意识.但多数学生对 “从方程推导几何性质” 的思路不熟悉,对 a、b 的几何意义仅停留在数值层面,未与图形特征深度关联;部分学生代数变形(如不等式推导)能力较弱,对离心率概念尚无认知,为新知识学习埋下障碍.
教学中可能遇到的困难
困难一:难以理解 “从椭圆方程推导范围、对称性” 的逻辑,不会用代数方法分析几何特征.
解决方法:以焦点在 x 轴的方程为例,结合不等式性质分步推导范围,用 “代换 x 为 - x” 等具体操作演示对称性验证,搭配图形直观辅助理解.
困难二:混淆 a、b、c 的几何意义,无法将其与椭圆顶点、轴长关联,对离心率 e=c/a 的含义及与扁平程度的关系理解困难.
解决方法:通过椭圆图形标注 a、b、c 的位置,对比不同椭圆模型演示扁平程度变化,结合 e 的数值计算,让学生直观感知 e 与形状的关联.
困难三:由几何条件求椭圆方程时,难以根据性质确定焦点位置及 a、b 的值,运算易出错.
解决方法:先通过例题梳理 “性质→参数→方程” 的解题步骤,再设计分层练习,小组互助纠错,强化思路与运算准确性.
基于以上分析,确定本节课的教学难点为:难从椭圆方程推导几何性质,混淆 a、b、c 几何意义,难理解离心率与椭圆扁平程度的关系.
知识点 椭圆的简单几何性质
焦点的位置
焦点在x轴上
焦点在y轴上
图形
标准方程
+=1(a>b>0)
+=1(a>b>0)
范围
-a≤x≤a且-b≤y≤b
-b≤x≤b且-a≤y≤a
对称性
对称轴:x轴、y轴,对称中心:(0,0)
顶点
(±a,0),(0,±b)
(0,±a),(±b,0)
轴长
长轴长=2a,短轴长=2b;长半轴长=a,
短半轴长=b
焦点
(±c,0)
(0,±c)
焦距
|F1F2|=2c
离心率
e=(0<e<1),e越接近1,椭圆越扁平,e越接近0,椭圆越接近于圆
[拓展] 对椭圆几何性质的挖掘
(1)椭圆上到中心距离最小的点是短轴的两个端点(即椭圆上的点到椭圆中心的距离的最小值为短半轴长b),到中心距离最大的点是长轴的两个端点(即椭圆上的点到椭圆中心的距离的最大值是长半轴长a).
(2)椭圆上到焦点距离最大的点(称为“远日点”)和最小的点(称为“近日点”)是长轴的两个端点,最大距离为a+c,最小距离为a-c.
(3)如图所示,设椭圆的中心为O,其中一个焦点为F1,B1是短轴的一个端点,则|B1F1|=a,e=cos∠OF1B1.
课堂导入1:天文望远镜——镜面设计的椭圆特性
某大型天文望远镜的主镜面设计成椭圆形,镜面边界所在椭圆的长轴长为 米,短轴长为 米。工程师需要在镜面边缘安装四个固定支架,分别位于镜面与对称轴的交点处。
问题1:这四个固定支架的位置(顶点)离镜面中心有多远?镜面上离中心最远的点和最近的点分别在哪里?
问题2:如果镜面的“扁平程度”(离心率)发生变化,对聚焦效果有何影响?设计时如何控制镜面的扁平程度?
【设计意图】将椭圆的“顶点” “范围” “离心率”等几何性质融入天文望远镜设计的真实情境,引导学生从具体数据中抽象出椭圆的几何特征,理解 、 与图形形状的对应关系。
课堂导入2:城市地铁——椭圆形隧道截面与盾构机
某城市地铁隧道采用椭圆形截面设计,隧道截面在平面直角坐标系中的标准方程为 (单位:米)。盾构机在挖掘隧道时,需要精确控制挖掘边界。
问题1:隧道截面在水平方向和竖直方向的最大宽度分别是多少?即 和 的取值范围是什么?
问题2:隧道截面的四个最外侧点(顶点)坐标分别是什么?如果隧道“扁平程度”(离心率)增大,对盾构机的挖掘精度要求会有什么影响?
【设计意图】将椭圆的“范围”和“顶点”性质融入地铁隧道工程情境,让学生体会“椭圆范围”在实际工程中的直接对应(水平宽度、竖直高度),离心率的变化则关联施工难度,增强数学的实用感知。
新知探究
一、范围
观察:观察椭圆的形状,你能否从椭圆图上看出椭圆上的点横坐标x的取值范围吗?纵坐标y呢?
学生:尝试着观察椭圆的图,与同桌讨论分析.
预设:观察右图,容易看出椭圆上的点都在一个特定的矩形内,因此横坐标和纵坐标的取值都在某个关于原点对称的闭区间内
追问:如何利用椭圆方程求出这两个闭区间?
学生:从椭圆方程入手,借助,可建立不等式,从而可以求出对应的两个闭区间.
预设:由方程,可知,所以,椭圆上点的横坐标都适合不等式即,.
要求:教师要求学生利用以上相同的方法,求出纵坐标y的取值范围
学生:开始学以致用,尝试求出y的取值范围.
预设:同理有,即.
师生:共同归纳总结,得出结论. 以上即为椭圆第一个简单几何特征:范围,椭圆位于直线,围成的矩形框里.
二、对称性
观察:观察椭圆的形状,你能否从椭圆图上看出椭圆的对称性?
学生:尝试着观察椭圆的图,与同桌讨论分析.
预设:观察右图,可以发现椭圆既是轴对称图形,又是中心对称图形.
追问:如何利用椭圆方程说明椭圆的对称性?
学生:思考并尝试着从椭圆方程入手去说明对称性.
预设:以代,方程不变.这说明当点在椭圆上时,它关于轴的对称点也在椭圆上,所以椭圆关于轴对称.
要求:利用以上相同的方法,说明椭圆是关于y轴对称的
学生:进行知识迁移,灵活运用以上相同的方法,说明椭圆是关于y轴对称的.
预设:以代,方程也不变,这说明如果点在椭圆上,那么它关于轴的对称点也在椭圆上,所以椭圆关于轴对称.
追问:利用以上相同的方法,说明椭圆是关于原点中心对称
学生:继续用以上相同的方法进行说明.
预设:以代,以代,方程也不变,这说明当点在椭圆上时,它关于原点对称点也在椭圆上,所以椭圆关于原点对称.
师生:共同归纳总结,得出结论:椭圆的第二个简单几何性质:对称性. 椭圆关于轴、轴都是对称的.这时,坐标轴是椭圆的对称轴,原点是椭圆的对称中心,椭圆的对称中心叫做椭圆的中心.
三、顶点
观察:观察椭圆的形状,有哪些点比较特殊?为什么?如何得到这些点的坐标?
学生:尝试着观察椭圆的图,与同桌讨论分析.
预设:观察右图,容易看出椭圆与坐标轴的四个交点比较特殊.研究曲线上这些特殊点的位置,可以确定曲线的位置.
追问:如何利用椭圆方程求得这些特殊点的坐标?
学生:借助求直线与坐标轴交点的方法,得出四个特殊点的坐标
预设:在椭圆的标准方程中,令,得.因此,是椭圆与 轴的两个交点.
要求:利用以上相同的方法,求得椭圆与x轴两个交点坐标
学生:学以致用,求出坐标
预设:令,得.因此,是椭圆与轴的两个交点.
师生:共同归纳总结,得出结论:椭圆的第三个简单几何性质:顶点. 因为轴、轴是椭圆的对称轴,所以椭圆与它的对称轴有四个交点,这四个交点叫做椭圆的顶点.
两个概念:如图,线段,分别叫做椭圆的长轴和短轴,它们的长分别等于和,和分别叫做椭圆的长半轴长和短半轴长.
四、离心率
思考:观察右图,我们发现,不同形状的椭圆的扁平程度不同,相同形状的椭圆的扁平程度相同.
观察:观察动画演示,我们也发现,c与a比值的椭圆的扁平程度不.
教师:通过Geogebra软件进行演示.
学生:通过教师借助信息技术的动态化演示,学生得出结论.
预设:通过动画演示我们发现:保持长半轴长a不变,改变椭圆的半焦距c,可以发现,c越接近a,椭圆越扁平.类似地,保持c不变,改变a的大小,则a越接近c,椭圆越扁平;而当a,c扩大或缩小相同倍数时,椭圆的形状不变这样,
结论:利用和这两个量,可以刻画椭圆的扁平程度.
新概念:我们把椭圆的焦距与长轴长的比称为椭圆的离心率,用表示,即.
师生:共同归纳总结,得出结论:椭圆的第四个简单几何性质:离心率. ①随着学习的深入你将体会到,虽然也能刻画椭圆的扁平程度,但中,是确定圆锥曲线的基本量,不仅能有效刻画两个焦点离开中心的程度,而且还蕴含着圆锥曲线几何特征的统一性.
师生:共同讨论与辨析离心率
预设:因为,所以.越接近1,越接近,就越小,因此椭圆越扁平;反之,越接近0,越接近0,越接近,这时椭圆就越接近于圆.当且仅当时,,这时两个焦点重合,图形变为圆,它的方程为.
思考:你能运用三角函数的知识解释,为什么越大,椭圆越扁平?越小,椭圆越接近于圆吗?
学生:思考并进行小组讨论,得出结论,并分享自己的结论
预设:
要求:类比焦点在x轴上椭圆几何性质,得到焦点在y轴上的椭圆的简单几何性质
学生:结合椭圆的图,进行类比学习并完成表格
例4 求椭圆的长轴和短轴的长、离心率、焦点和顶点的坐标.
学生:思考并与同桌交流,共同得出答案,做好分享准备.
预设:把原方程化成标准方程,得
,
于是,,.
因此,椭圆的长轴和短轴的长分别是和,离心率,
两个焦点坐标分别是和,
四个顶点坐标分别是,,和.
方法总结:利用椭圆的方程求a,b,c,e,顶点坐标,长轴长、短轴长
第1步:将椭圆的方程改写成椭圆的标准形式
第2步:确定椭圆焦点位置
第3步:由标准方程,求出a,b,c,的值
第4步:根据离心率,顶点,长轴,短轴的定义求出对应值即可
题型一:根据椭圆的方程求a,b,c值及相关量
例题 求椭圆的长轴与短轴的长、离心率、焦点和顶点坐标.
预设:把原方程化成标准方程,得
,
于是,,.
因此,椭圆的长轴和短轴的长分别是和,离心率,
两个焦点坐标分别是和,
四个顶点坐标分别是,,和.
题型二:根据几何条件求出椭圆的方程
例题(1)焦点在y轴上,焦距是4,且经过点,求椭圆的标准方程.
预设:(1)由题意知,且焦点坐标分别为,.由,得,可得,所以.
又焦点在y轴上,所以所求椭圆的标准方程为.
方法总结:待定系数法
待定系数法求a,b,c的值:根据题意建立关于a,b,c的方程组,解方程即可求得椭圆的标准方程.
(2)
经过两点和,求椭圆的标准方程.
预设:(2)设椭圆的方程为(,,).将两点的坐标代入方程,
得,解得,故所求椭圆的标准方程为.
方法总结:巧设椭圆方程为:根据题意建立关于m,n的方程组,解方程即可求得椭圆的方程,再将椭圆方程标准化处理.
题型三:根据椭圆的有界性求范围或最值
例题 (1)已知点是椭圆上一点,求点P到点的距离的取值范围.
预设:因为点是椭圆上一点,所以,
又,,所以,,
设,,则,
所以函数在区间上单调递减,所以,,
所以,所以函数点P到点的距离的取值范围.
(2)已知 P ( m, n) 是椭圆上的一个动点,则的取值范围是( )
A. B. C. D.
预设:因为P ( m , n) 是椭圆上的一个动点,所以,
且,则,则,因为,所以,
所以,即. 故选:B.
方法总结:首先将所求式子进行消元处理,由多元变为一元,结合函数的性质,以及椭圆的有界性,即可求得所求式子的范围或最值.
题型四:求椭圆的离心率或离心率的范围
例题(1)已知点F,A分别是椭圆的左焦点、右顶点,满足,则椭圆的离心率等于( )
A. B. C. D.
预设:,,
,即,
整理得,即,
等号两边同时除以得,即,
求得,,,
故选:B.
(2)椭圆上存在一点P满足,分别为椭圆的左右焦点,则椭圆的离心率的范围是( )
A. B. C. D.
预设:当点位于短轴的端点时,最大,要使椭圆上存在一点P满足,只要最大时大于等于即可,
即当点位于短轴的端点时,,所以,
又椭圆的离心率,所以椭圆的离心率的范围是. 故选:D.
方法总结:
求离心率的方法:
方法①:定义法:根据题意求出的值,然后利用公式即可求解;
方法②:齐次式法,根据题意建立关于或,的齐次方程式,然后构造离心率的方程,从而得解.
求离心率范围的方法:
齐次式法,根据题意建立关于或,的齐次不等式,然后构造离心率的,从而得解.
1.(25-26高二下·吉林长春·期中)已知椭圆,则其焦距为( )
A.2 B.4 C. D.
【答案】D
【知识点】根据椭圆方程求a、b、c、求椭圆的焦点、焦距
【详解】由可得椭圆焦点在轴上,且,
则,则其焦距为.故选:D.
2.(25-26高二上·河南商丘·期末)椭圆C:的焦点坐标为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【知识点】求椭圆的焦点、焦距
【分析】根据椭圆的定义求解即可.
【详解】由题知,,所以,所以C的焦点坐标为.
故选:B.
3.(25-26高二上·贵州·阶段检测)已知A,B 分别为椭圆的右、上顶点,若的中点坐标为,则 C 的焦点坐标为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【知识点】求椭圆的焦点、焦距、求椭圆的顶点坐标
【分析】由椭圆方程求出点的坐标,进而求得,代回椭圆方程并求得焦点坐标.
【详解】因为分别为椭圆的右顶点和上顶点,则,
令,得,故,令,得,故,
又的中点坐标为,所以,解得,
所以椭圆方程为,所以,则,所以椭圆的焦点坐标为.
故选:B.
4.(25-26高二上·北京通州·期中)已知椭圆的左右焦点分别为,,上顶点,若为等腰直角三角形,则椭圆的长轴长为( )
A.2 B. C.3 D.4
【答案】D
【知识点】求椭圆的顶点坐标、求椭圆的长轴、短轴
【分析】根据椭圆的关系、椭圆性质及图形关系计算求解即可.
【详解】因为椭圆上顶点,所以,因为为等腰直角三角形,所以,因为,所以椭圆的长轴长.
故选:D
5.(25-26高二下·陕西商洛·期末)椭圆的短轴长为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【知识点】求椭圆的长轴、短轴
【详解】由椭圆方程知,故短轴长为.故选:B.
6.(25-26高二下·河南新乡·期中)若焦点在轴上的椭圆的离心率为,则长轴长为( )
A. B.12 C. D.24
【答案】A
【知识点】求椭圆的长轴、短轴、根据离心率求椭圆的标准方程
【详解】因椭圆的焦点在轴上,则且,
则,即,解得,所以椭圆的长轴长为.故选:A.
7.(26-27高三上·湖南·阶段检测)椭圆的离心率为( )
A. B. C. D.
【答案】D
【知识点】根据椭圆方程求a、b、c、求椭圆的离心率或离心率的取值范围
【分析】代入离心率公式即可计算.
【详解】由离心率公式得:.故选:D.
8.(2025·福建泉州·模拟预测)已知椭圆的离心率为,则的一个顶点与两个焦点构成的三角形是( )
A.等边三角形 B.等腰直角三角形
C.等腰非直角三角形 D.直角非等腰三角形
【答案】B
【知识点】求椭圆的顶点坐标、根据离心率求椭圆的标准方程
【分析】根据椭圆离心率及即可得出判断.
【详解】由椭圆离心率为,则,,
所以,,所以的一个顶点与两个焦点构成的三角形是等腰直角三角形,故选:B.
9.(24-25高二上·陕西汉中·期中)若点是椭圆某条弦的中点,则实数的值可以是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【知识点】点和椭圆的位置关系
【分析】根据点在椭圆内求解可得.
【详解】由题意可知,点在椭圆内,所以,解得或.故选:D
10.(25-26高二下·重庆·阶段检测)下列方程表示的椭圆中,形状最接近于圆的是( )
A. B. C. D.
【答案】A
【知识点】椭圆离心率大小与椭圆圆扁的关系
【详解】对A,其离心率为,对B,其离心率为,对C,其离心率为,对D,其离心率为,根据离心率越小,其越接近于圆,则最小,其形状最接近于圆,则A选项符合题意.故选:A.
1.(26-27高三·全国·一轮复习)已知椭圆的对称轴是坐标轴,离心率为,长轴长为,则椭圆方程为( )
A.或 B.
C.或 D.或
【答案】C
【知识点】根据离心率求椭圆的标准方程
【详解】由条件知,所以,,则,
当椭圆的焦点在轴上时,椭圆的标准方程为;
当椭圆的焦点在轴上时,椭圆的标准方程为.
综上所述,椭圆的标准方程为或.故选:C.
2.(2026·安徽·模拟预测)已知焦点在轴上的椭圆的离心率,则( )
A.4 B. C.2 D.
【答案】C
【知识点】根据离心率求椭圆的标准方程
【分析】根据离心率建立等量关系即可求出.
【详解】由题知椭圆焦点在轴上,所以,
因为,所以,即,
解得,所以.故选:C.
3.(2026·湖北·三模)已知椭圆()的离心率为e,点在C上,则( )
A.1 B. C. D.2
【答案】A
【知识点】根据椭圆过的点求标准方程、根据离心率求椭圆的标准方程
【分析】将点坐标代入椭圆方程,根据的关系及离心率公式,整理化简,即可得答案.
【详解】由点在C上,得,则,
所以,则,所以,则.故选:A.
4.(2026·重庆·一模)已知椭圆的离心率,则其焦距为( )
A.1 B. C.2 D.2
【答案】C
【知识点】根据椭圆方程求a、b、c、求椭圆的焦点、焦距、相同离心率的椭圆的方程
【分析】由题意列关于方程组求出c,即可由焦距定义求解.
【详解】由题意可得,
所以椭圆焦距为.
故选:C
作业1:完成教材:第112页 练习1,2,3,4,5.
作业2:配套辅导资料对应的《椭圆的简单几何性质 第1课时》.
3.1.2 椭圆的简单几何性质(第1课时)
1. 范围:
2. 对称性:对称轴: ,对称中心:
3. 顶点:
4. 离心率
5. 例题区:(学生板演区域)
本节课围绕椭圆范围、对称性、顶点及离心率展开教学,整体达成预设目标:通过情境引入类比直线斜率,成功激发学生对离心率的探究兴趣;推导范围与对称性时,结合方程分步引导,多数学生能理解代数方法与几何特征的关联.但存在不足:一是部分学生对 a、b、c 与椭圆图形的对应关系仍模糊,虽通过图形标注讲解,仍有少数人混淆轴长与参数的关系;二是离心率与扁平程度的关联,仅靠数值举例不够直观,学生理解较浅;三是由几何条件求方程的练习时间不足,部分学生解题思路不清晰.后续教学中,需增加椭圆模型实物观察,用动态演示呈现离心率变化,优化练习时间分配,同时加强对学困生的个别辅导,提升教学效果.
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