2019-2020年高二数学直线与平面所成的角和二面角一.doc

2019-2020年高二数学直线与平面所成的角和二面角一教学目的：1.理解并掌握斜线在平面内的射影、直线和平面所成角的概念2.根据概念先找直线射影后确定线面夹角从而熟练求解直线和平面所成角3.培养化归能力、分析能力、观察思考能力和空间想象能力等4.培养立体感、数学美感，提高学生学习数学特别是立体几何的兴趣教学重点：线面夹角的概念及利用概念分步求夹角教学难点：直线和平面所成角的概念及的应用授课类型：新授课 课时安排：1课时 教 具：多媒体、实物投影仪 内容分析： 本节有三个知识点：直线与平面所成的角、二面角、两平面垂直的性质 要求学生掌握直线和平面、平面和平面所成的角、距离的概念并能灵活运用勾股定理、正余弦定理和向量代数方法计算有关的角和距离了解异面直线距离的概念和计算 在学生已初步掌握向量工具的基础上，可用向量工具解决立体几何中的一些较难的问题，一方面可进一步显示向量工具的威力，另外也为解决空间的度量问题找到了通法，减少学生学习度量问题的困难过去学生解这类问题，主要方法是构造三角形，应用勾股定理、余弦定理和正弦定理求解这种解法需要对图形进行平移、投影等转化技能，而且不同的问题需要不同的技巧实践证明，没有向量工具，学生求解这类问题比较困难有了向量运算工具，很多较难的空间计算问题，就有了统一的方法求解、但如果全用向量处理夹角相距离问题，虽有通法，但有时在解决一些较难问题时，运算量较大并需要一定的技巧，学生掌握这些技能同样会有困难所以在教材具体编写时，不是都用向量计算方法，有些直接使用勾股定理和三角能解决的问题，就不再使用向量方法了 教学过程：一、复习引入：1平面几何中，点、线段在直线上射影的概念及性质：2直线和平面的位置关系（平行、相交和直线在平面内）二、讲解新课：1 斜线,垂线,射影垂线 自一点向平面引垂线,垂足叫这点在这个平面上的射影. 这个点和垂足间的线段叫做这点到这个平面的垂线段. 斜线 一条直线和一个平面相交,但不和这个平面垂直,这条直线叫做这个平面的斜线斜线和平面的交点叫斜足；斜线上一点与斜足间的线段叫这点到这个平面的斜线段射影 过斜线上斜足外的一点向平面引垂线,过垂足和斜足的直线叫做斜线在这个平面内的射影垂足和斜足间线段叫这点到这个平面的斜线段在这个平面内的射影直线与平面平行，直线在平面由射影是一条直线直线与平面垂直射影是点斜线任一点在平面内的射影一定在斜线的射影上2射影长相等定理:从平面外一点向这个平面所引的垂线段和斜线中射影相交两条斜线相交；射影较长的斜线段也较长相等的斜线段射影相等，较长的斜线段射影较长垂线段比任何一条斜线段都短OB=OCAB=AC OBOCABACAB=ACOB=OC ABACOBOCOAAB，OAAC3直线和平面所成角（1）定义：平面的一条斜线和它在平面上的射影所成的锐角叫做这条斜线和这个平面所成的角一直线垂直于平面，所成的角是直角一直线平行于平面或在平面内，所成角为0角直线和平面所成角范围： 0，（2）定理：斜线和平面所成角是这条斜线和平面内经过斜足的直线所成的一切角中最小的角证明：设平面的一条斜线在内的射影为，角是与所成的角直线OD是平面内与不同的任意一条直线，过点上的点A引AC垂直于OD，垂足为C因为ABAC，所以，即,因此4公式已知平面a的斜线a与a内一直线b相交成角，且a与a相交成j1角，a在a上的射影c与b相交成j2角，则有用几何法研究：在平面a的斜线a上取一点P，过点P分别作直线c、b的垂线PO、PB，垂足为O、B连接OB，则OBb.在直角AOP中，.在直角ABC中，.在直角ABP中，.所以 所以成立用向量运算研究：如图，是平面的斜线，是斜足，垂直于平面，为垂足，则直线是斜线在平面内的射影设是平面内的任意一条直线，且，垂足为，又设与所成角为，与所成角为，与所成角为，则易知：，又，可以得到：，则同样可以得到：平面的斜线和它在平面内的射影所成角，是这条斜线和这个平面内的任一条直线所成角中最小的角；三、讲解范例：例1 如图，已知是平面的一条斜线，为斜足，为垂足，为内的一条直线，求斜线和平面所成角解：，由斜线和平面所成角的定义可知，为和所成角， 又，即斜线和平面所成角为例2如图，在正方体中，求面对角线与对角面所成的角解法一：连结与交于，连结，平面，是与对角面所成的角，在中，解法二：由法一得是与对角面所成的角，又，说明：求直线与平面所成角的一般方法是先找斜线在平面中的射影，后求斜线与其射影的夹角另外，在条件允许的情况下，用公式求线面角显得更加方便解法三：建立空间直角坐标系，用向量计算例3已知空间四边形的各边及对角线相等，求与平面所成角的余弦值 解：过作平面于点，连接，是正三角形的外心，设四面体的边长为，则，即为与平面所成角，所以，与平面所成角的余弦值为例4 如图，已知APBP，PAPC，ABP=ACP=60，PB=PC=BC，D是BC中点，求AD与平面PBC所成角的余弦值. 解：APBP，PAPC，APPBC连PD，则PD就是AD在平面PBC上的射影PDA就是AD与平面PBC所成角又ABP=ACP=60，PB=PC=BC，D是BC中点，PD=, PA=BC AD=AD与平面PBC所成角的余弦值为四、课堂练习：1选择题 （1）一条直线和平面所成角为，那么的取值范围是（ ）（A）（0,90）（B）0,90（C）0,180（D）0,180) （2）两条平行直线在平面内的射影可能是两条平行线；两条相交直线；一条直线；两个点. 上述四个结论中，可能成立的个数是（ ）（A）1个（B）2个 （C）3个 （D）4个 （3）从平面外一点P引与平面相交的直线，使P点与交点的距离等于1，则满足条件的直线条数不可能是（ ）（A）0条或1条（B）0条或无数条（C）1条或2条（D）0条或1条或无数条 答案：（1）B (2)C (3)D2填空题 （1）设斜线与平面a所成角为，斜线长为，则它在平面内的射影长是 . （2）一条与平面相交的线段，其长度为10cm，两端点到平面的距离分别是2cm，3cm，这条线段与平面a所成的角是 . （3）若（2）中的线段与平面不相交，两端点到平面的距离分别是2cm，3cm，则线段所在直线与平面a所成的角是 .答案：（1） （2） （3）3若P为ABC所在平面外一点，且PA=PB=PC，求证点P在ABC所在平面内的射影是ABC的外心.分析：斜线段长相等，则射影长也相等从而由PA=PB=PC，点P的射影到ABC的三个顶点的距离相等，所以射影为ABC的外心.五、小结 ：我们学习了有关平面的斜线、射影和直线与平面成角的几个概念，射影定理中的三个结论成立的前提是这些斜线段及垂线段必须是从平面外同一点向平面所引而得到的否则，结论不成立线面夹角的概念及解题步骤：先找垂线，后找射影最后确定夹角在具体解题时，关键是求斜线在平面内的射影 六、课后作业：在正方体ABCD-A1B1C1D1中，E、F分别是AA1、A1D1的中点，求：（1）D1B1与面AC所成角的余弦值；（2）EF与面A1C1所成的角；（3）EF与面AC所成的角解：（1）设正方体的边长为a，则在中，.（2）45（3）45七、板书设计（略）八、课后记：在具体解题时往往找不出夹角，关键是不能求斜线在平面内的射影，通过练习，使学生在不同的视图中能较熟练地找出射影