师:同学们好,足球运动大家肯定都不陌生,那它与我们本章节学习的圆的知识有哪些关联呢?今天我们就一起来探讨本章节的综合与实践内容——足球的进球线路与最佳射门角问题。上课前,我们先来学习本节课会遇到的足球运动相关概念。
在足球场上,我们带球跑动到一定位置后射门,这个位置就是射门点。射门点与球门边框两端的夹角就是射门角。比如,点A、点B表示球门边框的两个端点,C表示射门点,连接AC、BC,那么∠ACB即为射门角。同样,∠ABD、∠AEB也为射门角。在不考虑其他因素的情况下,一般射门角越大,射门进球的可能性就越大。但在实际运动中,我们不会固定在一点射门,通常会带球跑动一段距离。
接下来看看带球跑动的常见线路,我们用直线l来表示跑动线路。当直线l与AB平行时,称为横向跑动;当直线l与AB垂直时,称为直向跑动;当直线l与AB既不垂直又不平行时,称为斜向跑动。了解跑动线路中射门角的变化,把握最佳射门点,能提高运动员进球成功率。下面我们就来研究横向跑动时的最佳射门点问题。
运动员沿着直线l横向跑动,即直线l与球门边框AB平行时,射门角会如何变化呢?为了更好地观察这个变化,我们用几何画板模拟一下。大家仔细观察点C在直线l上运动时∠ACB的角度变化情况。
不难发现,当点C在直线l上由左边或右边逐渐向球门中心靠近时,∠ACB逐渐增大。根据对称性可知,当点C运动到靠近球门AB的中心位置时,∠ACB达到最大值。也就是当点C运动到AB的中垂线与直线l的交点C?时,射门角∠AC?B最大。这是通过几何画板观察到的,具体该怎么证明呢?我们一起来证明。
证明点C在直线l上移动时,∠ACB的最大值为∠AC?B,我们可以借助前面学的圆的知识。以A、B、C?三点作圆O。因为AB与直线l平行,横向跑动时点C?是AB的中垂线与l的交点,所以AC? = BC?。根据圆的对称性,可知这条中垂线经过圆心O点,由此可得圆O与直线l相切于点C?。现在在l上任取一点C?(C?不同于C?的位置),连接AC?、BC?,BC?与圆O相交于点D,连接AD。
根据圆周角定理,可得∠AC?B与∠ADB相等。而在三角形AC?D中,根据三角形外角定理,可得∠ADB大于∠AC?D。由此我们可以得出结论,∠AC?B大于∠AC?B。所以点C在直线l上移动时,∠ACB的最大值为∠AC?B。
这也就进一步说明,当点C运动到线段AB的中垂线与直线l的交点C?时,C?即为最佳射门点。通过刚刚的证明,我们还发现此时经过A、B两点的圆O与直线l的关系是相切,切点恰为C?点。如果把直线l向上平移,意味着在足球跑动中更靠近球门AB,这时会发生什么情况呢?
因为C?为横向跑动直线l上的最佳射门点,所以当运动路线跑到l'的位置时,最佳射门点也从C?移到了C?的位置,即线段AB的中垂线与l'的交点位置。根据图像很容易得到∠AC?B大于∠AC?B。由此我们可以得出,在足球运动中,当越靠近球门进行横向跑动时,射门角度越大,进球的概率也就越大。这与我们平时踢足球的经验相吻合。
根据前面得到的两个证明,我们能得出什么结论呢?我们发现在线段AB的同侧有三个点,C?点、C?点和C?点,它们的位置分别在圆外、圆上和圆内。根据前面两个结论,我们可以得出∠AC?B小于∠AC?B小于∠AC?B。简单说,在弦的同侧,同弦所对的圆外角小于圆周角小于圆内角。
根据这个结论,我们来做个练习巩固一下。如图,在足球比赛中甲带球向对方球门AB进攻,当他带球冲到C时,同伴乙、丙分别助攻到点D、E。不考虑防守情况,仅从射门角度考虑,下列说法能使进球有最佳射门角度的是( )
A. 立刻射门
B. 带球到点F射门
C. 传给同伴乙
D. 传给同伴丙
点F与点C在圆外,点E在圆上,点D在圆内。也就意味着∠AFB、∠ACB为圆外角,∠AEB为圆周角,∠ADB为圆内角。根据在弦的同侧同弦所对的圆外角小于圆周角小于圆内角这一结论,我们能发现当在点D处射门时,∠ADB射门角度最大,即进球的概率越大。所以本题答案选择C,将球传给同伴乙。
我们已经学习了横向跑动时最佳射门角的问题,能否运用刚刚的解决方法进一步探究呢?现在来看问题解决一。
问题一:当运动员直向跑动时,球门AB与直线l垂直,点C是运动员的位置。
作出过A、B、C三点的圆,猜想当点C在直线l上移动时,直线l与圆的位置关系。
当直线l与该圆有怎样的位置关系时,∠ACB是直线l上的最佳射门角。
同样,为了更好地解决这个问题,我们用几何画板模拟一下。现在观察点C在l上移动时直线l与圆的位置关系,发现有相交和相切两种位置关系。再观察点C在直线l上运动时∠ACB的角度变化情况。
我们发现,当圆O与直线l相切时,∠ACB的角度最大。根据几何画板的模拟情况,我们得出结论:直向跑动时,直线l垂直但不穿过球门AB时,当直线l与过A、B两点的圆相切时,切点即为最佳射门点。
