24.7 弧长与扇形面积
知识点 1 弧长公式及其应用
1.在半径为R的圆中,1°的圆心角所对的弧长l=________,n°的圆心角所对的弧长l=________.
2.在半径为6的⊙O中,60°的圆心角所对的弧长是( )
A.π B.2π C.4π D.6π
3.2018·淄博 如图24-7-1,⊙O的直径AB=6,若∠BAC=50°,则劣弧AC的长为( )
图24-7-1
A.2π B. C. D.
4.如图24-7-2,PA,PB是⊙O的切线,切点分别是A,B,如果∠P=60°,OA=3,那么∠AOB所对弧的长度为( )
图24-7-2
A.6π B.5π C.3π D.2π
5.(1)有一条弧的长为2π cm,半径为2 cm,则这条弧所对的圆心角的度数是________;
(2)一条长度为10π cm的弧所对的圆心角为60°,则这条弧所在圆的半径是________.
知识点 2 扇形面积公式及其应用
6.半径为6,圆心角为120°的扇形的面积是( )
A.3π B.6π C.9π D.12π
7.一个扇形的圆心角是120°,面积为3π cm2,则这个扇形的半径是( )
A.1 cm B.3 cm
C.6 cm D.9 cm
8.如图24-7-3,用两根等长的金属丝,各自首尾相接,分别围成正方形ABCD和扇形A1D1C1,使A1D1=AD,正方形的面积为P,扇形的面积为Q,那么P和Q的关系是( )
图24-7-3
A.P<Q B.P=Q
C.P>Q D.无法确定
9.把一个圆锥的侧面展开得到扇形,若扇形的圆心角为150°,它所对应的弧长为20π cm,则此扇形的半径是________cm,该圆锥的侧面积是________cm2(结果保留π).
知识点 3 不规则图形面积的求法
10.教材习题24.7第5题变式 如图24-7-4,⊙A,⊙B,⊙C的半径都是2 cm,则图中三个扇形(即阴影部分)的面积之和是( )
图24-7-4
A.2π B.π C.π D.6π
11.2017·济宁 如图24-7-5,在Rt△ABC中,∠ACB=90°,AC=BC=1.将Rt△ABC绕A点逆时针旋转30°后得到Rt△ADE,点B经过的路径为,则图中阴影部分的面积是( )
图24-7-5
A. B. C.- D.
12.如图24-7-6所示,AB为半圆O的直径,C,D,E,F是上的五等份点,P为直径AB上的任意一点,若AB=4,则图中阴影部分的面积为__________.
图24-7-6
13.教材习题24.7第4题变式 如图24-7-7,网格中每个小正方形的边长均为1.在AB的左侧,分别以△ABC的三边为直径作三个半圆围成图中的阴影部分.
(1)图中△ABC是什么特殊三角形?
(2)求图中阴影部分的面积.
图24-7-7
14.如图24-7-8,用一块圆心角为270°的扇形铁皮做一个圆锥形的烟囱帽(接缝忽略不计),圆锥底面圆的直径是60 cm,则这块扇形铁皮的半径是( )
图24-7-8
A.40 cm B.50 cm
C.60 cm D.80 cm
15.2016·合肥蜀山区一模 如图24-7-9,在圆心角为45°的扇形内有一正方形CDEF,其中点C,D在半径OA上,点F在半径OB上,点E在上,则扇形与正方形的面积比是( )
图24-7-9
A.π∶8 B.5π∶8
C.π∶4 D.π∶4
16.2018·盐城 如图24-7-10,图①是由若干个相同的图形(如图②)组成的美丽图案的一部分,图②中图形的相关数据如下:半径OA=2 cm,∠AOB=120°,则图②的周长为________cm(结果保留π).
图24-7-10
17.2017·安徽 如图24-7-11,已知等边三角形ABC的边长为6,以AB为直径的⊙O与边AC,BC分别交于D,E两点,则劣弧DE的长为________.
图24-7-11
18.已知一个半圆形工件,未搬动前如图24-7-12所示,直径平行于地面放置,搬动时为了保护圆弧部分不受损伤,先将半圆作如图所示的无滑动翻转,使它的直径紧贴地面,再将它沿地面平移50 m.若半圆的直径为4 m,求圆心O所经过的路线长(结果用π表示).
图24-7-12
19.如图24-7-13,在扇形AOB中,∠AOB=90°,C为OA的中点,CE⊥OA交于点E.以点O为圆心,OC的长为半径作交OB于点D.若OA=2,求阴影部分的面积.
图24-7-13
教师详解详析
1.
2.B [解析] 根据弧长公式,=2π.
3.D [解析] 如图,连接OC,∵∠BAC=50°,∴∠AOC=80°,∴l==.故选D.
4.D [解析] ∵PA,PB是⊙O的切线,∴∠OAP=∠OBP=90°.∵∠P=60°,∴∠AOB=180°-∠P=120°,∠AOB所对弧的长度==2π.故选D.
5.(1)180° (2)30 cm
6.D [解析] S==12π.
7.B [解析] 设扇形的半径为R,
由题意得3π=,解得R=±3,
∵R>0,∴R=3 cm,
∴这个扇形的半径为3 cm.
故选B.
8.B [解析] 正方形的面积P=AB2,扇形的面积Q=lr=×2AB·AB=AB2,则P=Q.
9.24 240π [解析] 根据扇形的弧长公式可得20π=,解得r=24;再利用扇形面积公式得S==240π.
10.A [解析] ∵∠A+∠B+∠C=180°,
∴阴影部分的面积=π×22=2π.
11.A [解析] 阴影部分的面积等于△ADE的面积+扇形BAD的面积-△ABC的面积,由旋转的性质可得△ADE与△ABC全等,则它们的面积也相等,于是阴影部分的面积就是扇形BAD的面积,根据扇形面积公式“S=”计算,可得答案为.
12.π [解析] 连接OD,OE,可证得S阴影=S扇形DOE.∵C,D,E,F是上的五等份点,∴∠DOE=×180°=36°,∴S扇形DOE==π.故阴影部分的面积为π.
13.解:(1)根据勾股定理,得AC==4 ,BC==4 ,∴AC=BC,AC2+BC2=64=AB2,∴△ABC是等腰直角三角形.
(2)设以AC,BC,AB为直径的半圆的面积分别为S1,S2,S3,
则S阴影=S1+S2+S△ABC-S3
=π×()2+π×()2+S△ABC-π×()2
=π(AC2+BC2-AB2)+S△ABC.
由(1)知AC2+BC2=AB2,
∴S阴影=S△ABC=×8×4=16.
14.A [解析] ∵圆锥的底面圆直径为60 cm,
∴圆锥的底面圆周长为60π cm,
∴扇形的弧长为60π cm.
设扇形的半径为r cm,则=60π,
解得r=40.故选A.
15.B [解析] 如图,连接OE,设正方形的边长为a,则正方形CDEF的面积是a2.在Rt△ODE中,a2+(2a)2=r2,即r=a,
扇形与正方形的面积比=∶a2=∶a2=5π∶8.故选B.
16. [解析] ∵半径OA=2 cm,∠AOB=120°,∴的长==,的长+的长=,∴图②的周长=+=.
17.π [解析] 连接OD,OE,
∵△ABC是等边三角形,
∴∠A=∠B=∠C=60°.
∵OA=OD,OB=OE,
∴△AOD,△BOE是等边三角形,
∴∠AOD=∠BOE=60°,∴∠DOE=60°.
∵OA=AB=3,
∴的长=×π×3=π.
18.解:如图,由图形可知,圆心先向前走O1O2的长度,即圆的周长,然后沿着弧O2O3旋转圆的周长,最后向右平移50 m,所以圆心总共走过的路程为圆周长的一半,即半圆的弧长加上50 m.由已知得圆的半径为2 m,则半圆形的弧长l==2π(m),∴圆心O所经过的路线长=(2π+50)m.
19.解:如图,连接OE.
∵C是OA的中点,OA=2,
∴OC=OA=1.
∵OE=OA=2,∴OC=OE.
∵CE⊥OA,∴∠OEC=30°,∴∠COE=60°.
在Rt△OCE中,CE=OC·tan60°=,
∴S△OCE=OC·CE=.
∵∠AOB=90°,
∴∠BOE=∠AOB-∠COE=30°,
∴S扇形BOE==,S扇形COD==,
∴S阴影=S扇形BOE+S△OCE-S扇形COD=+-=+.
24.7 第1课时 弧长与扇形面积
一、选择题
1.已知扇形的圆心角为45°,半径为12,则该扇形的弧长为 ( )
A. B.2π C.3π D.12π
2.已知扇形OMN的半径为3,的长为6,则扇形OMN的面积是 ( )
A.6 B.7 C.8 D.9
3.若一个扇形的半径为8 cm,弧长为π cm,则该扇形的圆心角为( )
A.60° B.120° C.150° D.180°
4.若扇形的面积为3π,圆心角为60°,则该扇形的半径为( )
A.3 B.9 C.2 D.3
5.2018·淄博如图K-15-1,⊙O的直径AB=6,若∠BAC=50°,则劣弧的长为( )
图K-15-1
A.2π B. C. D.
6.一块等边三角形的木板,边长为1,现将木板沿水平线无滑动翻滚,如图K-15-2,那么点B从开始至结束所走过的路径长度为( )
图K-15-2
A. B.
C.4 D.2+
7.2017·重庆如图K-15-3,在矩形ABCD中,AB=4,AD=2,分别以A,C为圆心,AD,CB为半径画弧,交AB于点E,交CD于点F,则图中阴影部分的面积是( )
图K-15-3
A.4-2π B.8-
C.8-2π D.8-4π
8.2018·合肥模拟如图K-15-4,点O是半径为3的圆形纸片的圆心,将这个圆形纸片按下列顺序折叠,使和都经过圆心O,则阴影部分的面积为( )
图K-15-4
A.2π B.3π C. D.
二、填空题
9.如图K-15-5,PA为⊙O的切线,A为切点,B是OP与⊙O的交点,若∠P=20°,OA=3,则的长为________.(结果保留π)
图K-15-5
10.2017·黄石如图K-15-6,已知扇形AOB的圆心角为60°,扇形的面积为6π,则该扇形的弧长为________.
图K-15-6
11.如图K-15-7,已知正方形铁丝框ABCD的边长为10,现使其变形为以A为圆心,AB为半径的扇形(忽略铁丝的粗细),则所得的扇形的面积为________.
图K-15-7
12.如图K-15-8,⊙O的半径是2,弦AB和弦CD相交于点E,∠AEC=60°,则扇形AOC和扇形BOD的面积(图中阴影部分)之和为________.
图K-15-8
13.2018·白银如图K-15-9,分别以等边三角形的每个顶点为圆心、以边长为半径在另两个顶点间作一段圆弧,三段圆弧围成的曲边三角形称为勒洛三角形.若等边三角形的边长为a,则勒洛三角形的周长为________.
图K-15-9
14.如图K-15-10所示,正方形ABCD的对角线AC所在直线上有一点O,OA=AC=2,将正方形绕点O顺时针旋转60°,在旋转过程中,正方形扫过的面积是________.(结果保留π)
图K-15-10
三、解答题
15.如图K-15-11,在⊙O中,半径r=2,弦AB=2 ,求的长(结果保留π).
图K-15-11
16.如图K-15-12,AB是⊙O的直径,弦CD⊥AB于点E,∠CDB=30°,OC=2,求阴影部分图形的面积(结果保留π).
图K-15-12
17.如图K-15-13,曲线CD表示某条公路的一段,其中AmB是一段圆弧,AC,BD是线段,且AC,BD分别与圆弧相切于点A,B,线段AB=180 m,∠ABD=150°.
(1)画出圆弧的圆心O;
(2)求A到B这段弧形公路的长.
图K-15-13
18.如图K-15-14,在Rt△AOB中,∠AOB=90°,OA=3,OB=2,将Rt△AOB绕点O顺时针旋转90°后得到Rt△FOE,将线段EF绕点E逆时针旋转90°后得线段ED,分别以点O,E为圆心,OA,ED长为半径画和,连接AD,求图中阴影部分的面积.
图K-15-14
规律探究
如图K-15-15,矩形ABCD的长与宽分别是2 cm和1 cm,AB在直线l上.依次以点B,C′,D″为中心将矩形ABCD按顺时针方向旋转90°,这样点A走过的曲线依次为,,,其中交CD于点P.
(1)求矩形A′BC′D′的对角线A′C′的长;
(2)求的长;
(3)求图中部分的面积S;
(4)求图中部分的面积T.
图K-15-15
详解详析
[课堂达标]
1.[解析] C 根据弧长公式C=,可知C==3π.
2.[答案] D
3.[解析] B 设该扇形的圆心角为n°,根据弧长公式可得=π,解得n=120.
4.[答案] D
5.[解析] D 连接OC.
∵∠CAB=50°,
∴∠COB=100°,
∴∠AOC=80°.
∵⊙O的直径AB=6,
∴⊙O的半径=3.
∴的长==.
6.[答案] B
7.[解析] C ∵四边形ABCD是矩形,∴AD=CB=2,∴S阴影=S矩形-S扇形DAE-S扇形BCF=2×4-π×22-π×22=8-2π.故选C.
8.[解析] B 过点O作OD⊥AB于点D,连接AO,BO,CO,如图,则OD=OB,∴∠ABO=30°,∴∠ABC=60°,∴∠AOC=120°.运用割补思想,图中阴影部分的面积为扇形AOC的面积,即×π×32=3π.
9.[答案] π
[解析] ∵PA切⊙O于点A,∴∠PAO=90°.
∵∠P=20°,∴∠POA=70°,
∴==π.
故答案为π.
10.[答案] 2π
[解析] 设扇形的半径是r,则=6π,解得r=6.
设扇形的弧长是l,则lr=6π,即3l=6π,解得l=2π.故答案是2π.
11.[答案] 100
[解析] 由题意可知扇形的半径为10,弧长为20,则S扇形DAB=×20×10=100.
12.[答案] π
[解析] 连接BC.由圆周角定理,得∠AOC+∠BOD=2(∠CBE+∠ECB)=2∠AEC=120°,故S阴影=S扇形AOC+S扇形BOD==π.
13.[答案] πa
[解析] 如图.∵△ABC是等边三角形,∴∠A=∠B=∠C=60°,AB=BC=CA=a,∴l=l=l=πa=a.∴勒洛三角形的周长为a×3=πa.
14.[答案] 2π+2
[解析] 正方形扫过的面积即为阴影部分的面积.S阴影=S大扇形-S小扇形+2S△ABC=π×42-π×22+2×××=2π+2.
15.解:过点O作OC⊥AB于点C,
则AC=AB=.
在Rt△AOC中,sin∠AOC==,则∠AOC=60°,
∴∠AOB=120°,∴的长为=π.
16.解:∵AB是⊙O的直径,弦CD⊥AB于点E,
∴CE=DE,∠CEO=∠DEB=90°.
又∵∠CDB=30°,
∴∠COB=60°,∠OCE=∠CDB.
在△OCE和△BDE中,
∴△OCE≌△BDE,
∴S阴影=S扇形BOC==π.
17.解:(1)如图,过点A作AO⊥AC,过点B作BO⊥BD,AO与BO相交于点O,点O即为圆心.
(2)∵AO,BO都是圆弧的半径,O是其圆心,
∴∠OBA=∠OAB=150°-90°=60°.
∴△AOB为等边三角形,
∴AO=BO=AB=180 m,
∴==60π(m).
∴A到B这段弧形公路的长为60π m.
18.解:过点D作DH⊥AE于点H.
∵∠AOB=90°,OA=3,OB=2,
∴AB==.
由旋转的性质可知,OE=OB=2,DE=EF=AB=,∴AE=OA+OE=5.
∵∠DEF=90°,即∠DEA+∠AEF=90°.
又∵∠AEF+∠EFO=90°,
∴∠DEA=∠EFO.
在△DHE和△EOF中,
∴△DHE≌△EOF,
∴DH=OE=OB=2,
∴阴影部分面积=△ADE的面积+△EOF的
面积+扇形AOF的面积-扇形DEF的面积=
×5×2+×2×3+-=8-π.
[素养提升]
解:(1)由旋转得A′C′=AC===(cm).
(2)的长为=π(cm).
(3)连接A″C′,由旋转的性质,得△A′D′C′≌△A″D″C′,故所求的面积S=S扇形A′C′A″==π×()2=π(cm2).
(4)连接BP,在Rt△BCP中,BC=1,BP=BA=2.
∴∠BPC=30°,CP=,∴∠ABP=30°,
∴T=S扇形ABP+S△PBC=+×1×=cm2.
24.7 第2课时 圆柱、圆锥的侧面积和全面积
一、选择题
1.已知圆锥的母线长为3,底面圆的半径为2,则圆锥的侧面积是 ( )
A.4π B.6π C.10π D.12π
2.一个圆锥的底面圆半径是6 cm,其侧面展开图为半圆,则圆锥的母线长为( )
A.9 cm B.12 cm C.15 cm D.18 cm
3.2017·东营若圆锥的侧面积等于其底面积的3倍,则该圆锥侧面展开图所对应扇形圆心角的度数为( )
A.60° B.90° C.120° D.180°
4.如图K-16-1,用一个半径为30 cm,面积为300π cm2的扇形铁皮,制作一个无底的圆锥(不计损耗),则圆锥的底面半径r为( )
图K-16-1
A.5 cm B.10 cm C.20 cm D.5π cm
5.2018·含山县期末如图K-16-2,在正方形纸板上剪下一个扇形和一个圆,刚好能围成一个圆锥模型,设围成的圆锥底面半径为r,母线长为R,则r与R之间的关系为( )
图K-16-2
A.R=2r B.4R=9r
C.R=3r D.R=4r
6.如图K-16-3,已知一块圆心角为270°的扇形铁皮,用它制作一个圆锥形的烟囱帽(接缝处忽略不计),圆锥底面圆的直径是60 cm,则这块扇形铁皮的半径是( )
图K-16-3
A.40 cm B.50 cm C.60 cm D.80 cm
7.如图K-16-4,将半径为3的圆形纸片沿AB折叠后,圆弧恰好能经过圆心O,用图中阴影部分的扇形围成一个圆锥的侧面,则这个圆锥的高为( )
图K-16-4
A.2 B. C. D.
二、填空题
8.已知圆柱的底面圆半径为2 cm,若圆柱的侧面积是20π cm2,则该圆柱的高是________.
9.一个圆锥的侧面积为8π,母线长为4,则这个圆锥的全面积为________.
10.2017·苏州如图K-16-5,AB是⊙O的直径,AC是弦,AC=3,∠BOC=2∠AOC.若用扇形AOC(图中阴影部分)围成一个圆锥的侧面,则这个圆锥底面圆的半径是________.
图K-16-5
11.如图K-16-6,圆锥的表面展开图由一个扇形和一个圆组成,已知圆的面积为100π,扇形的圆心角为120°,则这个扇形的面积为________.
图K-16-6
12.如图K-16-7,Rt△ABC中,∠ACB=90°,AC=BC=2 ,若把Rt△ABC绕边AB所在直线旋转一周,则所得几何体的表面积为________(结果保留π).
图K-16-7
三、解答题
13.如图K-16-8所示,直角梯形ABCD中,AB∥DC,AB=7 cm,BC=CD=4 cm,以AB所在直线为轴旋转一周,得到一个几何体,求它的全面积.
图K-16-8
14.2018·无为县期末如图K-16-9所示,现有一圆心角为90°、半径为80 cm的扇形铁片,用它恰好围成一个圆锥形的量筒;如果用其他铁片再做一个圆形盖子把量筒底面密封.(接缝都忽略不计)
(1)该圆形盖子的半径为多少厘米?
(2)制作这个密封量筒,共用铁片多少平方厘米?(结果保留π)
图K-16-9
15.如图K-16-10所示,已知圆锥底面圆的半径r=10 cm,母线长为40 cm.
(1)求它的侧面展开图的圆心角和表面积;
(2)若一甲虫从点A出发沿着圆锥侧面爬行到母线SA的中点B处,请你动脑筋想一想它所走的最短路程是多少.
图K-16-10
方案设计
在一次数学探究性学习活动中,某学习小组要制作一个圆锥体模型,操作规则如下:在一块边长为16 cm的正方形纸片上剪出一个扇形和一个圆,使得扇形围成圆锥的侧面时,圆恰好是该圆锥的底面.他们首先设计了如图K-16-11所示的方案一,发现这种方案不可行,于是他们调整了扇形和圆的半径,设计了如图K-16-11所示的方案二.(两个方案的图中,圆与正方形相邻两边及扇形的弧均相切,方案一中扇形的弧与正方形的两边相切)
(1)请说明方案一不可行的理由.
(2)判断方案二是否可行?若可行,请确定圆锥的母线长及其底面圆半径;若不可行,请说明理由.
图K-16-11
详解详析
[课堂达标]
1.[解析] B 圆锥的侧面积=2×3×π=6π.故选B.
2.[解析] B 圆锥的母线长=2×π×6×=12(cm).
3.[解析] C 设圆锥的母线长为R,底面半径为r,∴底面周长l=2πr,底面面积=πr2,侧面面积=lR=πrR.∵圆锥的侧面积是其底面积的3倍,∴3πr2=πrR,∴R=3r.
设圆锥侧面展开图所对应扇形的圆心角为n°,则有=πR,∴n=120.故选C.
4.[解析] B 设扇形铁皮的半径和弧长分别为R,l,圆锥的底面半径为r,
则由题意得R=30,由Rl=300π,得l=20π;
由2πr=l得r=10(cm).
故选B.
5.[解析] D 由弧长与圆锥的底面周长相等,得=2πr,化简,得R=4r.
6.[解析] A ∵圆锥底面圆的直径为60 cm,
∴圆锥底面圆的周长为60π cm,
∴扇形的弧长为60π cm.
设扇形的半径为r cm,则=60π,
解得r=40.故选A.
7.[解析] A 过点O作OC⊥AB,垂足为D,交⊙O于点C,则OA=2OD,∴∠OAD=30°,则∠AOB=120°,∴弧AB的长为=2π,由此可求得圆锥底面圆的半径为1,故圆锥的高为=2 .
8.[答案] 5 cm
[解析] ∵圆柱的底面圆半径为2 cm,∴底面圆的周长为2π×2=4π(cm).设圆柱的高为h cm,则20π÷h=4π,解得h=5.故答案为5 cm.
9.[答案] 12π
10.[答案]
[解析] ∵∠BOC=2∠AOC,∠BOC+∠AOC=180°,∴∠AOC=60°.
∵OA=OC,∴△AOC是等边三角形,∴OA=3,∴的长==π.
设这个圆锥底面圆的半径为 r,则2πr=π,
∴r=.故答案为.
11.[答案] 300π
[解析] ∵底面圆的面积为100π,∴底面圆的半径r为10,∴扇形的弧长等于圆的周长,即20π.设圆锥的母线长为l,则=20π,解得l=30,∴扇形的面积为πrl=π×10×30=300π.
12.[答案] 8 π
[解析] 过点C作CD⊥AB于点D,在Rt△ABC中,∠ACB=90°,AC=BC,∴AB=AC=4,CD=2,故以CD为半径的圆的周长是4π,故所得几何体的表面积是2××4π×2 =8 π.
13.解:∵Rt△AOD中,AO=7-4=3(cm),OD=4(cm),
∴AD==5(cm),
∴所得到的几何体的全面积为π×4×5+π×4×2×4+π×4×4=68π(cm2).
14.解:(1)圆锥的底面周长是=40π(cm).
设圆形盖子的半径是r cm,则
2πr=40π,解得r=20.
即该圆形盖子的半径是20 cm.
(2)共用铁片×π×802+400π=2000π(cm2).
15.解:(1)=2π×10,解得n=90.
即侧面展开图的圆心角为90°.
圆锥的表面积=π×102+π×10×40=500π(cm2).
(2)如图,由圆锥的侧面展开图可知,甲虫从点A出发沿着圆锥侧面爬行到母线SA的中点B所走的最短路程是线段AB的长.
在Rt△ASB中,SA=40 cm,SB=20 cm,
∴AB=20 (cm).
∴甲虫所走的最短路程是20 cm.
[素养提升]
解:(1)设圆锥底面圆的半径为r1 cm.
∵扇形的弧长==8π(cm),圆锥底面圆的周长=2πr1 cm,
∴8π=2πr1,解得r1=4,即圆的半径为4 cm.
由于所给正方形纸片的对角线长为16 cm,而制作这样的圆锥实际需要正方形纸片的对角线长为16+4+4 =(20+4 )cm,20+4 >16 ,
∴方案一不可行.
(2)方案二可行.
设圆锥底面圆的半径为r2 cm,圆锥的母线长为R cm,
则(1+)r2+R=16 ,①
2πr2=.②
由①②,可得R==,r2=.
故所求圆锥的母线长为 cm,底面圆的半径为 cm.