题目利用以下素材解决问题.
| 探索货船通过拱桥的方案 |
| 素材1 | 图1中有一座对称石拱桥,图2是其桥拱的示意图,测得桥拱间水面宽AB端点到拱顶点C距离AC=BC=10m,拱顶离水面的距离CD=5m. |  |
| 素材2 | 如图3,一艘货船露出水面部分的横截面为矩形EFGH,测得EF=3.5m,EH=10m.因水深足够,货船可以根据需要运载货物.据调查,船身下降的高度y(米)与货船增加的载重量x(吨)满足函数关系式y=1201x. |  |
| 素材3 | 本次探索成员对石桥桥拱的形状产生了争议,根据争论结果分成了两个小组,小组1认为桥拱为圆弧一部分,小组2认为桥拱为抛物线一部分. |
| 问题解决 |
| 任务1 | 根据小组1的结论,求圆形桥拱的半径 |
| 任务2 | 根据小组1的结论探索方案 | 根据小组1的结论,根据图3状态,货船能否通过圆形拱桥?若能,最多还能卸载多少吨货物?若不能,至少要增加多少吨货物才能通过?(最终结果四舍五入保留整数,参考数据:3≈1.732) |
| 任务3 | 根据小组2的结论探索方案 | 根据小组2的结论,根据图3状态,货船能否通过抛物线拱桥?若能,最多还能卸载多少吨货物?若不能,至少要增加多少吨货物才能通过? |
知识点:勾股定理、垂径定理的应用章节:第28章 圆 / 28.4 垂径定理
答案与解析
答案
任务
1:
设拱桥所在的圆的圆心为点
O,连接
OC、
OA、
OB,
∵AC=BC,
CD⊥AB,
∴AD=BD,
∵OA=OB,
∴OD⊥AB,
∵CD⊥AB,
∴点
C、
D、
O三点共线,
设
⊙O的半径为
rm,则
OD=(r−5)m,
在
Rt△ACD和
Rt△AOD中,
∵AD2=AC2−CD2,
AD2=OA2−OD2,
∴AC2−CD2=OA2−OD2,
即
102−52=r2−(r−5)2,
解得
r=10,
∴圆形桥拱的半径为
10m;
任务
2:若
EH是
⊙O的弦,

由对称性可得
EM=MH=5m,
OC⊥EH,
在
Rt△MOE中,
∵EM=5m,
OE=10m,
∴OM=OE2−EM2=53m,
由任务
1得
OD=5,
∴DM=OM−OD=(53−5)m≈3.66m,
∵EF=3.5m<3.66m,
∴货船能通过圆形拱桥,
由
1201x=3.66−3.5,
解得
x=19.2,
∴货船最多还能卸载
19.2吨货物;
任务
3:以点
D为坐标系原点,
AB为
x轴,
CD为
y轴建立平面直角坐标系,

设桥拱所在的抛物线的解析式为
y=ax2+bx+c,
∵抛物线的对称轴为
y轴,
∴b=0,
∵CD=5,
∴点
C的坐标为
(0,5),
∴c=5,
即抛物线的解析式为
y=ax2+5,
在
Rt△ACD中,
∵AC=10m,
CD=5m,
∴AD=AC2−CD2=53m,
∴点
A的坐标为
(−53,0),
把
A(−53,0)代入
y=ax2+5,
得
(−53)2•a+5=0,
解得
a=−151,
∴桥拱所在的抛物线的解析式为
y=−151x2+5,
把
x=5代入
y=−151x2+5,
得
y=310,
∵310<3.5,
∴货船不能通过拱桥,
由
1201x=3.5−310,
解得
x=20,
∴货船至少要增加
20吨货物才能通过拱桥.
解析
任务
1:
设拱桥所在的圆的圆心为点
O,连接
OC、
OA、
OB,
∵AC=BC,
CD⊥AB,
∴AD=BD,
∵OA=OB,
∴OD⊥AB,
∵CD⊥AB,
∴点
C、
D、
O三点共线,
设
⊙O的半径为
rm,则
OD=(r−5)m,
在
Rt△ACD和
Rt△AOD中,
∵AD2=AC2−CD2,
AD2=OA2−OD2,
∴AC2−CD2=OA2−OD2,
即
102−52=r2−(r−5)2,
解得
r=10,
∴圆形桥拱的半径为
10m;
任务
2:若
EH是
⊙O的弦,

由对称性可得
EM=MH=5m,
OC⊥EH,
在
Rt△MOE中,
∵EM=5m,
OE=10m,
∴OM=OE2−EM2=53m,
由任务
1得
OD=5,
∴DM=OM−OD=(53−5)m≈3.66m,
∵EF=3.5m<3.66m,
∴货船能通过圆形拱桥,
由
1201x=3.66−3.5,
解得
x=19.2,
∴货船最多还能卸载
19.2吨货物;
任务
3:以点
D为坐标系原点,
AB为
x轴,
CD为
y轴建立平面直角坐标系,

设桥拱所在的抛物线的解析式为
y=ax2+bx+c,
∵抛物线的对称轴为
y轴,
∴b=0,
∵CD=5,
∴点
C的坐标为
(0,5),
∴c=5,
即抛物线的解析式为
y=ax2+5,
在
Rt△ACD中,
∵AC=10m,
CD=5m,
∴AD=AC2−CD2=53m,
∴点
A的坐标为
(−53,0),
把
A(−53,0)代入
y=ax2+5,
得
(−53)2•a+5=0,
解得
a=−151,
∴桥拱所在的抛物线的解析式为
y=−151x2+5,
把
x=5代入
y=−151x2+5,
得
y=310,
∵310<3.5,
∴货船不能通过拱桥,
由
1201x=3.5−310,
解得
x=20,
∴货船至少要增加
20吨货物才能通过拱桥.