Задание.

Радиус основания конуса равен 12, а высота конуса равна 5.

а) Постройте сечение конуса плоскостью, проходящей через вершину конуса и взаимно перпендикулярные образующие.

б) Найдите расстояние от плоскости сечения до центра основания конуса.

Решение:

а) Постройте сечение конуса плоскостью, проходящей через вершину конуса и взаимно перпендикулярные образующие.

Так как сечение проходит через взаимно перпендикулярные образующие, то искомое сечение есть прямоугольный треугольник ∆АВС. Угол ∠АСВ = 90°, АС и ВС – катеты, АВ – гипотенуза.

б) Найдите расстояние от плоскости сечения до центра основания конуса.

Расстоянием от точки до плоскости называется перпендикуляр, проведенный от точки до данной плоскости.

Треугольник ∆АВС – равнобедренный, так как АС = ВС (образующие конуса). Тогда СМ – медиана и высота треугольника ∆АВС. Треугольник ∆АОВ – равнобедренный, так как АО = ОВ = R осн. Тогда ОМ – медиана и высота треугольника ∆АОВ.

Прямая СО перпендикулярна плоскости основания, СМ – наклонная к плоскости основания, МО – проекция наклонной МО на плоскость основания. Точка М – основание наклонной, через точку М проходит прямая АВ перпендикулярно проекции МО, тогда по теореме о трех перпендикулярах прямая АВ перпендикулярна наклонной СМ.

Прямая АВ перпендикулярна двум пересекающимся прямым СМ и МО, лежащим в плоскости СМО, следовательно, АВ перпендикулярна плоскости СМО. АВ лежит в плоскости АВС, значит, плоскости СМО и АВС перпендикулярны. Следовательно, расстоянием от центра О основания окружности до плоскости сечения АВС будет являться перпендикуляр ОК (высота треугольника ∆МОС).

Из прямоугольного треугольника ∆АСО найдем АС:

АС 2 = АО 2 + ОС 2

АС 2 = 12 2 + 5 2 = 169

Из прямоугольного треугольника ∆АВС найдем АВ:

АВ 2 = АС 2 + ВС 2

АВ 2 = 13 2 + 13 2 = 338

МВ = 1/2·АВ

МВ = (13√2)/2

Из прямоугольного треугольника ∆МВО найдем ОМ:

ОМ 2 = ОВ 2 – МВ 2

Из прямоугольного треугольника ∆МВС найдем МС:

МС 2 = ВС 2 – ВМ 2

Рассмотрим прямоугольный треугольник ∆МОС, площадь этого треугольника можно найти по формуле:

Цель: найти натуральную величину сечения прямого кругового конуса методом замены плоскостей.

Контрольные вопросы:

1. Перечислите виды сечения кругового конуса?

Задание: методом замены плоскостей проекций найти натуральную величину сечения прямого кругового конуса фронтально-проецирующей плоскостью; объекты заданы проекциями на горизонтальную и фронтальную плоскость (варианты заданий приведены в приложении В).

Решим задачу с помощью однократной замены плоскостей проекций. Фигура сечения представляет собой эллипс, который изображается на фронтальной плоскости проекций отрезком прямой, а на горизонтальной плоскости проекций - эллипсом.

Исходные данные для решения задачи приведены на рисунке 7.1.

Заметим, что фронтальная проекция сечения задается отрезком 1 2 – 2 2 и ее длина определяет длину одной из осей искомого эллипса. Построим проекцию осевой линии на плоскость П 5 и найдем проекцию оси 1-2 на эту плоскость и на горизонтальную плоскость (рис. 7.2).

Вторая ось эллипса представляет собой фронтально-проецирующий горизонтальный отрезок, его фронтальная проекция представляет собой точку в середине отрезка 1 2 – 2 2 . Для определения длины этой оси проведем через эту точку вспомогательную фронтально-проецирующую горизонтальную плоскость Σ. Плоскость Σ пересекает конус по окружности, на рисунке 7.3 показано, как определить ее радиус и построить горизонтальную проекцию. Вторая ось эллипса лежит в плоскости этой окружности и касается поверхности конуса в точках 3 и 4. На рисунке 7.4 показано отыскание горизонтальных проекций этих точек. Отрезок 3 2 – 4 2 определяет длину второй оси эллипса.

Построим проекцию оси 3-4 на плоскость П 5 , для этого, как и в предыдущих лабораторных работах, применим команду ALIGN. Результат приведен на рисунке 7.5. Для наглядности горизонтальная проекция оси восстановлена.

На рисунке 7.6 показан результат построения натуральной величины сечения в виде эллипса, заданного осями 1 5 – 2 5 и 3 5 – 4 5 . На этом же рисунке построена горизонтальная проекция сечения, это тоже эллипс, заданный осями 1 1 – 2 1 и 3 1 – 4 1 .

Трехмерная модель сечения приведена на рисунке 7.7.

Рисунок 7.7 – Трехмерная модель сечения

Если секущая плоскость пересекает основание конуса, следует продлить коническую поверхность так, чтобы плоскость пересекала все образующие. Это даст возможность построить сечение в виде эллипса и высечь из него эллиптическую дугу, представляющую сечение заданного конуса (рис. 7.8). Это можно сделать с помощью команды TRIM, воспользовавшись в качестве секущих кромок отрезками 5 5 – 6 5 (для натуральной величины сечения) и 5 1 – 6 1 (для горизонтальной проекции сечения).

Рисунок 7.8 – Сечение в виде эллиптической дуги

Трехмерная модель для этого случая приведена на рисунке 7.9.

Рисунок 7.9 – Трехмерная модель сечения в виде эллиптической дуги

Лабораторная работа №8

Конус. Осевое сечение конуса. Сечения конуса плоскостями. Усеченный конус. Вписанные и описанные пирамиды и конусы

Конус — это тело, состоящее из круга, точки, не лежащей на плоскости круга, и отрезков, соединяющих эту точку с точками круга.

Основой конуса является круг, вершиной конуса является точка, не лежит в площади круга, образующими конуса являются отрезки, соединяющие вершину конуса с точками круга основы.

Прямым является конус, у которого прямая, соединяющая вершину конуса с центром его основания, перпендикулярна к плоскости основания. Высотой конуса есть перпендикуляр, опущенный из вершины на площадь основания.

Осью прямого конуса прямая, содержащая его высоту.

Плоскость, параллельная основе прямого конуса, пересекает конус по кругу, а боковую поверхность по окружности с центром на оси конуса.

Если секущая плоскость проходит через ось конуса, то его сечение — это равнобедренный треугольник, основание которого равен диаметру основания конуса, а боковые стороны являются образующими конуса. Такой сечение называется осевым.

Конус, осевой сечение которого является равносторонним треугольником , называется равносторонним конусом. Если секущая плоскость проходит через вершину конуса под углом к плоскости основания, то его сечение — это равнобедренный треугольник, основание которого является хордой основания конуса, а боковые стороны — образующими конуса.

Если секущая плоскость проходит параллельно основанию конуса, то сечение является круг с центром на оси конуса. Такая секущая плоскость рассекает конус на две части — конус и усеченный конус. Круги, лежащие в параллельных плоскостях этого конуса, — его основания; отрезок, соединяющий их центры, — это высота усеченного конуса.

Пирамидой, вписанной в конус , называется такая пирамида, основание которой есть многоугольник, вписанный в круг основания конуса, а вершиной является вершина конуса. Боковые ребра пирамиды, вписанной в конус, является образующими конуса.

Касательной плоскостью к конусу называется плоскость, проходящая через образующую конуса и перпендикулярная плоскости осевого сечения, содержащей эту образующую.

Пирамидой, описанной около конуса, называется пирамида, основанием которой является многоугольник, описанный вокруг основания конуса, а вершина совпадает с вершиной конуса.

Плоскости боковых граней описанной пирамиды являются касательными плоскостями к конусу.

Это интересно . Если в геометрии для изображения фигур используют параллельное проектирование, то в живописи, архитектуре, фотографии используют центральное проектирования.

Например, в пространстве зафиксировано некоторую точку О (центр проектирования) и плоскость α, не проходящей через эту точку. Через точку пространства и центр проектирования проведена прямая, которая пересекает заданную плоскость в точке, которую называют центральной проекцией точки на плоскость. Центральное проектирование не сохраняет параллельность. Изображение пространственных фигур на плоскости с помощью центрального проектирования называется перспективой. Теорией перспективы занимались художники Леонардо да Винчи и Альбрехт Дюрер.

Который исходит из одной точки (вершина конуса) и которые проходят через плоскую поверхность.

Бывает, конусом называется часть тела, которая имеет ограниченный объём и которая получена путем объединения каждого отрезка, которые соединяют вершину и точки плоской поверхности. Последняя, в таком случае, является основанием конуса , а конус называется опирающимся на данное основание.

Когда основание конуса является многоугольником - это уже пирамида .

Круговой конус - это тело, состоящее из круга (основание конуса), точки, которая не лежит в плоскости этого круга (вершина конуса и всех отрезков , которые соединяют вершину конуса с точками основания). Отрезки, которые соединяют вершину конуса и точки окружности основания, называют образующими конуса . Поверхность конуса состоит из основания и боковой поверхности.

Площадь боковой поверхности правильной n -угольной пирамиды, вписанной в конус:

S n =½P n l n ,

где P n - периметр основания пирамиды, а l n - апофема.

По тому же принципу: для площади боковой поверхности усеченного конуса с радиусами оснований R 1 , R 2 и образующей l получаем такую формулу:

S=(R 1 +R 2)l .

Прямой и косой круговой конусы с равным основанием и высотой. Эти тела обладают одинаковым объёмом:

Свойства конуса.

• Когда площадь основания имеет предел, значит, объём конуса тоже имеет предел и равен третьей части произведения высоты на площадь основания.

где S — площадь основания, H — высота.

Т.о., каждый конус, который опирается на это основание и имеющие вершину, которая находится на плоскости, параллельной основанию, имеют равный объём, так как их высоты одинаковые.

• Центр тяжести каждого конуса с объёмом, имеющим предел, находится на четверти высоты от основания.
• Телесный угол при вершине прямого кругового конуса можно выразить такой формулой:

где α — угол раствора конуса.

• Площадь боковой поверхности такого конуса, формула:

а полная площадь поверхности (то есть сумма площадей боковой поверхности и основания), формула:

S=πR(l+R),

где R — радиус основания, l — длина образующей.

• Объём кругового конуса , формула:

• Для усечённого конуса (не только прямого или кругового) объём, формула:

где S 1 и S 2 — площадь верхнего и нижнего оснований,

h и H — расстояния от плоскости верхнего и нижнего основания до вершины.

• Пересечение плоскости с прямым круговым конусом - это один из конических сечений.

Конспект урока по теме:

«Конус. Сечение конуса плоскостями».

Разработала:

преподаватель математики ГБПОУ КТТ

Сарычева С.В.

Цели и задачи урока :

Образовательные: познакомить учащихся с понятием конической поверхности и конуса; рассмотреть основные элементы конуса; привить навыки построения конуса; рассмотреть различные виды сечений конуса; осуществить связь между новым материалом и изучением цилиндра. Прививать умение реализовывать полученные знания при решении задач различного уровня сложности, в том числе тестовых заданий.

Развивающие: способствовать развитию пространственного воображения; проводить аналогию с ранее изученным материалом; развивать логическое мышление учащихся, сообразительность, расширять их кругозор.

Воспитывающие: продолжать воспитывать у учащихся уважительное отношение друг к другу; воспитывать культуру речи, аккуратность.

Тип урока : урок изучения нового материала.

Методы обучения : информационно-иллюстративный, элементы информационных технологий, проблемный метод «неоконченных решений», элементы лекции.

Формы работы учащихся : индивидуальная и групповая.

Оборудование для урока : мультимедийный проектор, экран, ноутбук, презентация к уроку, модели тел вращения, учебник, штатив, проволока.

Прогнозируемый результат : уметь оперировать понятиями ось конуса, образующая, радиус, диаметр, высота, боковая поверхность, сечения; уметь распознавать их на рисунках, уметь приводить примеры предметов имеющих форму конуса, уметь решать задачи с использованием данных понятий.

План урока :

Организационный момент.

Проверка домашнего задания.

Актуализация знаний.

Изучение конуса.

Программируемый опрос.

Решение задач.

Домашнее задание.

Подведение итогов урока.

Ход урока.

Организационный момент.

Проверить подготовку группы к работе, отметить отсутствующих. Настроить учащихся на работу.

Арабский математик Х века утверждал: «Знание – самое превосходное из владений. Все стремятся к нему, само же оно не приходит». (Абу-р-Райхан ал - Бируни) (Слайд 1)

Проверка домашнего задания.

Для проверки теоретической части домашнего задания проводится фронтальный опрос. Учащимся предлагается ответить на вопросы альтернативного теста (ответы только «да» и «нет»).

Может ли осевое сечение цилиндра быть: квадратом, трапецией, прямоугольником, кругом?

Верно ли, что у прямого цилиндра образующая равна высоте?

Верно ли, что любое сечение цилиндра плоскостью, перпендикулярной оси, есть окружность, равная окружности основания?

Верно ли, что если радиус равен 12 см, то диаметр равен 240?

Во время фронтального опроса на доске воспроизводится решение домашних задач, если возникли вопросы по решению.

Актуализация знаний.

Вспомните, пожалуйста, как мы изучали цилиндр. С чего мы начинали изучение? С того, что попытались найти вокруг нас тела, имеющие цилиндрическую форму. Потом мы рассмотрели понятие цилиндра, его основные элементы, сечения.

Аналогичным образом сегодня мы будем знакомиться с конусом. Осмотритесь вокруг и назовите тела, которые имеют коническую форму. (Слайд 2-8)

Итак, тема урока «Конус. Сечение конуса плоскостями». (Слайд9-10) (Учащиеся записывают тему в тетрадь.)

Изложение нового материала.

Историческая справка. (Слайд 11)

Конус в переводе с греческого « konos » означает «сосновая шишка». С конусом люди знакомы с глубокой древности. Вопросами изучения конуса занимались Архимед, Демокрит, Платон, Сократ. Апполоний Пергский написал большой трактат о конических сечениях (260-170 гг. до н.э.). Он был учеником Евклида (III в. до н. э.). Евклид создал великий труд из 15 книг под названием «Начала». Эти книги издаются и в настоящее время, а в школах Англии по ним учатся до сих пор.

Конической поверхностью называется поверхность, образованная движением прямой, перемещающейся в пространстве так, что она при этом постоянно проходит через неподвижную точку А и пересекает данную линию MN . (Слайд 12)

Конусом называется тело, ограниченное частью поверхности, расположенной по одну сторону от неподвижной точки, и плоскостью, пересекающей все прямые по ту же сторону от точки. (Слайд 13)

Мы будем изучать конус, у которого плоскость, пересекающая прямые имеет вид круга. Дадим ему определение: конусом (круговым) называется тело, которое состоит из круга – основания конуса, точки, не лежащей в плоскости этого круга, - вершины конуса и всех отрезков, соединяющих вершину конуса с точками основания, - образующие. (Слайд 14)

Конус может быть получен вращением прямоугольного треугольника вокруг одного из катетов. (Слайд 15) (В тетради выполняется рисунок.)

Для расширения и углубления знаний учащихся по теме проводится эксперимент. Учащимся предлагается штатив и проволока, из которой необходимо выгнуть прямоугольный треугольник. Закрепив его на штативе, они вращают его вокруг одного из катетов. При этом получают наглядное представление о конусе. (Слайд 16)

Конус называется прямым, если высота перпендикулярна плоскости основания. (Слайд 17)

Рассмотрим основные элементы конуса. (Слайд 14)

(Учащиеся выполняют рисунок в тетради и делают необходимые записи.)

Познакомимся с сечениями конуса плоскостями.

Сечением конуса параллельным плоскости основания является круг.

Радиус сечения вычисляется по формуле , где – высота малого конуса, а высота большого конуса. (Слайд 17)

Осевое сечение конуса проходит через ось симметрии и диаметр основания.

Оно имеет вид равнобедренного треугольника, у которого равные стороны являются образующими, а основание – диаметром круга. . Высота, образующая и радиус составляют прямоугольный треугольник и связаны теоремой Пифагора : . (Слайд 18)

5. Программируемый опрос.

Цель опроса – проверить усвоение разобранной темы. Задание высвечивается на экране с помощью проектора. Учащиеся имеют два листочка, на которых под копирку пишут ответы на вопросы. Один листок сдается учителю, второй остается у них, чтобы выполнить самопроверку.

По рисунку укажите (слайд 20-21)

Радиусы основания конуса.

Высоту конуса.

Образующие конуса.

Осевое сечение

6. Решение задач.

№ 1. Для участия в маскараде необходимо изготовить колпак высотой 40 см. Какой длины должна быть боковая сторона колпака и его радиус, если размер головы 36 см? (Слайд 22)

№ 2. Какой высоты должна быть палатка, если диаметр основания равен 5 м, а растяжки, удерживающие палатку равны 8 м? (Слайд 23)

7. Домашнее задание.

П. 184 – 185 стр.322-324, № 9 и № 10 на стр. 335. (Слайд 24)

8. Подведение итогов урока.

Для подведения итогов урока вернемся к слайду с прогнозируемыми результатами. Скажите, достигли ли мы поставленных целей. Для опроса можно поднять 2-3 учащихся.

Приложение:

Слайд 1 Слайд 2

Слайд 19 Слайд 20

Слайд 21 Слайд 22

Слайд 23 Слайд 24