(共38张PPT)
2025-2026学年北师大版数学九年级下册
第三章 圆
3.3 垂径定理
新课导入
你知道赵州桥吗?它是1300多年前我国隋代建造的石拱桥,是我国古代人民勤劳与智慧的结晶.
它的主桥是圆弧形,它的跨度(弧所对的弦的长)为37.4m,拱高(弧的中点到弦的距离)为7.2m,你能求出赵州桥主桥拱的半径吗?
37.4m
7.2m
3.3 垂径定理 教学过程幻灯片分页内容
第1页:情境导入——聚焦圆与弦的垂直关系(5分钟)
1. 回顾旧知:提问“圆是轴对称图形吗?它的对称轴是什么?”引导学生回忆圆的轴对称性(直径所在直线为对称轴)。
2. 情境设问:展示生活中的圆形拱桥图片,提问“工程师在设计圆形拱桥时,如何根据桥洞的跨度(弦长)和拱高,计算桥洞的半径?这个问题需要用到我们今天要学习的核心定理——垂径定理。”
3. 引出课题:明确本节课主题——3.3 垂径定理,探究圆中直径与弦垂直时的特殊关系。
第2页:实验探究——垂径定理的发现(12分钟)
1. 动手操作:请学生拿出圆形纸片,按以下步骤操作:① 画一条非直径的弦AB;② 过圆心O画直径CD,使CD⊥AB,垂足为E;③ 将圆形纸片沿CD折叠,观察折叠后弦AB的两部分、弧AB的两部分是否重合。
2. 观察记录:引导学生重点观察并记录:① 点A与点B的位置关系;② 线段AE与BE的长度关系;③ 弧AC与弧BC、弧AD与弧BD的数量关系。
3. 小组归纳:各小组分享操作结果,共同归纳:折叠后A与B重合,故AE=BE,弧AC=弧BC,弧AD=弧BD,即垂直于弦的直径将弦和弦所对的两条弧都平分了。
第3页:定理推导——垂径定理的精准表述与证明(10分钟)
1. 定理抽象:引导学生将实验结论转化为严谨的数学语言,得出垂径定理:垂直于弦的直径平分弦,并且平分弦所对的两条弧。
2. 符号表示:结合图形(⊙O中,CD是直径,AB是弦,CD⊥AB于E),用符号表示定理:∵ CD是⊙O的直径,CD⊥AB ∴ AE=BE,弧AC=弧BC,弧AD=弧BD。
3. 逻辑证明:引导学生用全等三角形证明定理(连接OA、OB,∵ OA=OB,OE⊥AB,∴ △AOE≌△BOE(HL),故AE=BE;又∵ 圆心角∠AOE=∠BOE,∴ 弧AC=弧BC,同理弧AD=弧BD)。
4. 关键辨析:① 强调“弦不是直径”:展示反例(直径垂直于直径),说明若弦为直径,垂直的直径不一定平分另一条直径所对的弧;② 补充推论:平分弦(不是直径)的直径垂直于弦,并且平分弦所对的两条弧。
第4页:典例解析——垂径定理的应用(15分钟)
例1:基础应用——求圆的半径。如图,在⊙O中,弦AB的长为8cm,圆心O到AB的距离为3cm,求⊙O的半径。
解题步骤:① 构造直角三角形:过O作OE⊥AB于E,连接OA(“作垂线、连半径”核心辅助线);② 应用垂径定理:∵ OE⊥AB,∴ AE=AB/2=4cm;③ 用勾股定理计算:在Rt△AOE中,OA =OE +AE =3 +4 =25,∴ OA=5cm。答:⊙O的半径为5cm。
例2:实际应用——解决拱桥问题。某圆形拱桥的跨度(弦长)为16m,拱高(圆心到弦的距离的补数)为4m,求该拱桥所在圆的半径。(提示:设半径为R,圆心到弦的距离为R-4,结合垂径定理和勾股定理列方程求解)
第5页:巩固练习——深化定理理解(10分钟)
1. 判断题:(1)垂直于弦的直线平分弦;(2)平分弦的直径垂直于弦;(3)在⊙O中,若直径CD⊥弦AB,则弧AC=弧BC。(答案:×、×、√,并说明错误原因)
2. 计算题:如图,在⊙O中,AB是直径,弦CD⊥AB于E,若弧CD=60°,OE=2cm,求⊙O的半径和弦CD的长。(答案:半径4cm,CD=4√3 cm)
3. 变式训练:若将上题中“弧CD=60°”改为“CD=6cm”,其他条件不变,求OE的长。(强化“知二求一”的解题思路)
第6页:课堂小结与作业布置(8分钟)
1. 小结回顾:① 垂径定理核心:垂直于弦的直径→平分弦、平分弦所对的两条弧;② 关键注意:弦不为直径的前提条件;③ 解题技巧:常用辅助线“作垂线、连半径”,转化为直角三角形求解。
2. 作业布置:① 基础作业:教材习题3.3第2、4、6题;② 拓展作业:收集生活中应用垂径定理的实例,简要说明原理;③ 选做题:证明垂径定理的推论“平分弦(不是直径)的直径垂直于弦”。
探究新知
如图,AB是⊙O的一条弦,作直径CD,使CD⊥AB, 垂足为M.
(1)这个图形是轴对称图形吗?如果是,它的对称轴是什么?
(2)你能发现图中有哪些等量关系?说一说你的理由.
C
D
A
B
M
O
C
D
A
B
M
O
连接OA,OB,则OA=OB.
在Rt△OAM和Rt△OBM中,
∵OA=OB,
∴Rt△OAM≌Rt△OBM.
∴AM=BM.
∴点A和点B关于CD对称.
∵⊙O关于直径CD对称,
∴当圆沿着直径CD对折时, 点A与点B重合,
CD为⊙O的直径
CD⊥AB
条件
C
D
A
B
M
O
结论
AM = BM
C
D
A
B
M
O
垂径定理 垂直于弦的直径平分这条弦,并且平分弦所对的弧.
C
D
A
B
M
O
几何语言
∵CD为⊙O的直径,CD⊥AB,
∴AM = BM,
判断下列图形,能否使用垂径定理?
C
D
A
B
O
C
D
E
O
C
D
A
B
O
定理中的两个条件缺一不可——直径(半径),垂直于弦
如图,AB 是⊙O 的弦(不是直径),作一条平分 AB 的直径 CD,交 AB 于点 M .
(1)这个图形是轴对称图形吗?如果是,它的对称轴是什么?
(2)你能发现图中有哪些等量关系?说一说你的理由.
C
D
A
B
M
O
C
D
A
B
M
O
CD为⊙O的直径
条件
CD⊥AB
AM = BM
结论
CD⊥AB
理由是:连接OA,OB,则OA=OB.
在△OAM和△OBM中,
∵ OA=OB,AM=BM.
∴ △OAM≌△OBM.
∴ ∠AMO=∠BMO.
∴ CD⊥AB
∵ ⊙O关于直径CD对称,
C
D
A
B
M
O
∴ 当圆沿着直径CD对折时,点A与点B重合,
C
D
A
B
M
O
平分弦 的直径垂直于弦,并且平分弦所对的弧.
(不是直径)
垂径定理的逆定理
C
D
A
B
M
O
几何语言
∵CD为⊙O的直径, AM = BM,
∴ CD⊥AB,
C
D
A
B
M
O
还有如下正确结论:
CD为直径
CD⊥AB于M
AM = BM
根据垂径定理与推论可知对于一个圆和一条直线来说,如果具备
(1)过圆心;(2)垂直于弦;(3)平分弦;
(4)平分弦所对的优弧;(5)平分弦所对的劣弧.
上述五个条件中的任何两个条件都可以推出其他三个结论.
例 如图,一条公路的转弯处是一段圆弧(即图中 ,点 O 是 所在圆的圆心),其中 CD = 600m,E 为 上一点,且 OE 丄 CD,垂足为 F,EF = 90m. 求这段弯路的半径.
O
E
D
C
F
O
E
D
C
F
解:连接 OC .
设弯路的半径为 R m,则 OF =(R – 90)m .
∵ OE⊥CD ,
∴
在Rt△OCF 中,根据勾股定理, 得 OC2 = CF2 + OF2,即R2 = 3002 +(R – 90)2.
解这个方程,得 R = 545.
所以,这段弯路的半径为 545 m.
1. “圆材埋壁”是我国古代数学名著《九章算术》中的一个问题:“今有圆材,埋在壁中,不知大小.以锯锯之,深一寸,锯道长一尺.问:径几何 ”转化为现在的数学语言就是:如图,CD为⊙О的直径,弦AB⊥CD,垂足为E,CE=1寸,AB=10寸,求直径CD的长.
【教材P76 第1题】
知识技能
解:连接OA,设⊙O的半径为r寸,则OE=(r-1)寸.
∵CD为直径,且CD⊥AB,∴ 寸.
在Rt△AOE中,
∵OA2=AE2=OE2,∴r2=52+(r-1)2,
解得r=13.
∴CD=26寸.
2.如图,已知⊙O的半径为30mm,弦AB=36mm,求点O到AB的距离及∠OAB的余弦值.
【教材P76 第2题】
解:如图所示,过点O作OC⊥AB于点C,
则 .
在Rt△ACO中,
故点O到AB的距离为24mm,∠OAB的余弦值为0.6.
3.如图,两个圆都以点O为圆心,小圆的弦CD与大圆的弦AB在同一条直线上,你认为AC与BD的大小有什么关系?为什么?
【教材P77 第3题】
解:AC=BD.理由如下:
如图所示,过点О作OE⊥AB于点E.
∵在大圆中,AE=EB,在小圆中,CE=ED,
∴AE-CE=EB-ED,即AC=BD.
数学理解
4.如图,M为⊙O内一点,利用尺规作一条弦AB,使AB过点M,并且AM=BM.
【教材P77 第4题】
解:如图所示.
作法(1)连接OM.
(2)过点M作OM的垂线,交⊙O于点A,B.线段AB即为所求的弦.
返回
C
1.
如图,AB是⊙O的直径,CD为弦,CD⊥AB于点E,则下列结论中不一定成立的是( )
返回
2.
B
[2024长沙中考]如图,在⊙O中,弦AB的长为8,圆心O到AB的距离OE为4,则⊙O的半径OA的长为( )
返回
3.
D
如图,已知⊙O的半径为5,弦PQ=6,R是弦PQ上任意一点,则线段OR的长可能是( )
A.1
B.2
C.3
D.4
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4.
D
唐代李皋发明了“桨轮船”,这种船是原始形态的轮船,是近代明轮航行模式之先导.如图,某桨轮船的轮子被水面截得的弦AB长8 m,轮子的吃水深度CD为2 m,则该浆轮船的轮子的半径为( )
A.10 m B.8 m
C.6 m D.5 m
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5.
[教材P103“复习题”第2题变式]如图,AB是⊙O的弦,当半径OA=4,∠AOB=120°时,弦AB的长为________.
返回
6.
(4分)[教材P76“习题3.3”第2题变式]如图,已知AB是⊙O的直径,CD是⊙O的弦,AB⊥CD于点E,若AB=26,CD=24,求∠OCE的正弦值.
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7.
B
如图,点A,B,C在⊙O上,AC,OB交于点D.
若AD=CD=3,OD=4,则BD的长为( )
A.4
B.1
C.3
D.2
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8.
A
如图,AB是⊙O的直径,∠BAC=42°,D是弦AC的中点,则∠DOC的度数是( )
A.48°
B.45°
C.42°
D.36°
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9.
D
下列说法正确的是( )
A.过弦的中点的直径平分弦所对的两条弧
B.弦的垂直平分线平分它所对的两条弧,但不一定过圆心
C.过弦的中点的直径垂直于弦
D.平分弦所对的两条弧的直径平分弦
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10.
1.3 m
如图,圆形拱门最下端AB在地面上,D为AB的中点,C为拱门最高点,线段CD经过拱门所在圆的圆心O,若AB=1 m,CD=2.5 m,则拱门所在圆的半径为__________.
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11.
A
返回
12.
D
[教材P77“习题3.3”第3题变式]如图,在以点O为圆心的两个同心圆中,大圆的弦AB交小圆于点C,D,
AB=10 cm,CD=6 cm,则AC的长为( )
A.0.5 cm
B.1 cm
C.1.5 cm
D.2 cm
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13.
如图,点M(0,-3),N(0,-9),半径为5的⊙A(点A在第三象限)经过点M,N,则点A的坐标为( )
A.(-5,-6)
B.(4,-6)
C.(-6,-4)
D.(-4,-6)
D
垂径定理
内容
推论
辅助线
一条直线满足:①过圆心;②垂直于弦; ③平分弦(不是直径); ④平分弦所对的优弧;⑤平分弦所对的劣弧.满足其中两个条件就可以推出其它三个结论(“知二推三”)
垂直于弦的直径平分这条弦,
并且平分弦所对的弧.
两条辅助线:连半径,作弦心距
构造 Rt△ 利用勾股定理计算或建立方程.
基本图形及变式图形
圆心到弦的距离
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