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✏️ 章节练习

弧长计算应用练习 - 通过练习巩固弧长公式的理解和应用技能

一、基础公式应用(每题8分,共24分)

1. 圆的半径为 \( 6\ \text{cm} \),圆心角为 \( 0.5\ \text{rad} \),求弧长。

解答:

由 \( l = r\theta \),得 \( l = 6 \times 0.5 = \boxed{3\ \text{cm}} \)。

2. 扇形弧长为 \( 10\ \text{cm} \),半径为 \( 4\ \text{cm} \),求圆心角(单位:弧度)。

解答:

由 \( \theta = \frac{l}{r} \),得 \( \theta = \frac{10}{4} = \boxed{2.5\ \text{rad}} \)。

3. 圆的半径为 \( 3\ \text{m} \),某弧长为 \( 9\ \text{m} \),求该弧所对圆心角的度数(保留1位小数)。

解答:

弧度 \( \theta = \frac{l}{r} = \frac{9}{3} = 3\ \text{rad} \),转角度:\( 3 \times \frac{180^\circ}{\pi} \approx \boxed{171.9^\circ} \)。

二、扇形周长综合(每题12分,共24分)

4. 扇形半径为 \( 5\ \text{cm} \),圆心角为 \( 1.2\ \text{rad} \),求扇形周长(周长 = 弧长 \( + 2 \times \) 半径)。

解答:

弧长 \( l = 5 \times 1.2 = 6\ \text{cm} \),周长 \( = 6 + 2 \times 5 = \boxed{16\ \text{cm}} \)。

5. 扇形周长为 \( 20\ \text{cm} \),圆心角为 \( \frac{\pi}{3}\ \text{rad} \),求半径 \( r \)(保留3位有效数字)。

解答:

周长 \( = r\theta + 2r = r\left(\frac{\pi}{3} + 2\right) = 20 \),故 \( r = \frac{20}{\frac{\pi}{3} + 2} \approx \boxed{6.56\ \text{cm}} \)。

三、几何图形结合(每题16分,共32分)

6. 池塘边界由直边 \( AB = 3\ \text{m} \) 和弧 \( C \) 组成,弧 \( C \) 是半径为 \( 2.5\ \text{m} \) 的圆的一部分。过圆心 \( O \) 作 \( AB \) 的垂线,将 \( \triangle AOB \) 分为两个全等直角三角形,求:

• 圆心角 \( \angle AOB \) 的弧度值;

• 弧 \( C \) 的长度。

解答:

• 半角对边为 \( 1.5\ \text{m} \),斜边 \( 2.5\ \text{m} \),故 \( \sin \frac{\angle AOB}{2} = \frac{1.5}{2.5} = 0.6 \),半角 \( \approx 0.6435\ \text{rad} \),所以 \( \angle AOB \approx \boxed{1.287\ \text{rad}} \);

• 弧长 \( l = 2.5 \times 1.287 \approx \boxed{3.22\ \text{m}} \)(或优弧长 \( \approx 12.5\ \text{m} \),需结合题意判断)。

7. 圆的直径 \( AB = 8\ \text{cm} \),点 \( C \) 在圆周上,\( \angle COB = \frac{\pi}{4}\ \text{rad} \)(\( O \) 为圆心):

• 求 \( \angle COA \) 的弧度值;

• 求弧 \( CB \) 和弧 \( CA \) 的长度。

解答:

• \( \angle COA = \pi - \frac{\pi}{4} = \boxed{\dfrac{3\pi}{4}\ \text{rad}} \);

• 弧 \( CB \):\( l_{CB} = 4 \times \dfrac{\pi}{4} = \boxed{\pi\ \text{cm}} \);弧 \( CA \):\( l_{CA} = 4 \times \dfrac{3\pi}{4} = \boxed{3\pi\ \text{cm}} \)。

四、拓展应用题(20分)

8. 扇形 \( AOB \) 半径为 \( R \),圆心角为 \( 2\theta \) 弧度,周长为 \( 24\ \text{cm} \)。扇形内有一个小圆,与弧 \( AB \) 及半径 \( OA \)、\( OB \) 都相切,小圆半径 \( r = 2\ \text{cm} \)。结合几何关系 \( \sin\theta = \dfrac{2}{R - 2} \),求 \( R \) 和 \( \theta \) 的值(保留3位有效数字)。

解答:

扇形周长 \( = 2R\theta + 2R = 24 \),即 \( R(\theta + 1) = 12 \)。结合 \( \sin\theta = \dfrac{2}{R - 2} \),解得 \( R \approx \boxed{8.61\ \text{cm}} \),\( \theta \approx \boxed{0.487\ \text{rad}} \)。

补充练习题(巩固提高)

基础练习题

练习1:基本弧长计算

圆的半径为 \( 8\ \text{cm} \),圆心角为 \( \dfrac{\pi}{6}\ \text{rad} \),求弧长。

解答:

由 \( l = r\theta \),得 \( l = 8 \times \dfrac{\pi}{6} = \dfrac{4\pi}{3} \approx \boxed{4.19\ \text{cm}} \)。

练习2:反求参数

弧长为 \( 12\pi\ \text{cm} \),圆心角为 \( 2\pi\ \text{rad} \),求半径。

解答:

由 \( \theta = \dfrac{l}{r} \),得 \( r = \dfrac{l}{\theta} = \dfrac{12\pi}{2\pi} = \boxed{6\ \text{cm}} \)。

练习3:角度换算

半径为 \( 5\ \text{m} \) 的圆,弧长为 \( 8\ \text{m} \),求该弧所对圆心角的度数(保留2位小数)。

解答:

弧度 \( \theta = \dfrac{l}{r} = \dfrac{8}{5} = 1.6\ \text{rad} \),转角度:\( 1.6 \times \dfrac{180^\circ}{\pi} \approx \boxed{91.67^\circ} \)。

综合应用题

练习4:扇形周长

扇形半径为 \( 7\ \text{cm} \),圆心角为 \( 2.1\ \text{rad} \),求扇形周长。

解答:

弧长 \( l = 7 \times 2.1 = 14.7\ \text{cm} \),周长 \( = 14.7 + 2 \times 7 = \boxed{28.7\ \text{cm}} \)。

练习5:已知周长求半径

扇形周长为 \( 18\ \text{cm} \),圆心角为 \( \dfrac{2\pi}{3}\ \text{rad} \),求半径。

解答:

周长 \( = r\theta + 2r = r\left(\dfrac{2\pi}{3} + 2\right) = 18 \),故 \( r = \dfrac{18}{\dfrac{2\pi}{3} + 2} \approx \boxed{4.24\ \text{cm}} \)。

练习6:几何结合

直线段 \( AB = 4\ \text{m} \),圆心 \( O \) 到直线段的距离为 \( 1.5\ \text{m} \),圆半径为 \( 3\ \text{m} \),求弧 \( AB \) 的长度。

解答:

垂足 \( M \) 是中点,\( AM = 2\ \text{m} \),在 \( \triangle OMA \) 中,\( OA = 3\ \text{m} \),\( OM = 1.5\ \text{m} \),故 \( \cos \dfrac{\angle AOB}{2} = \dfrac{1.5}{3} = 0.5 \),半角 \( \dfrac{\pi}{6}\ \text{rad} \),全角 \( \dfrac{\pi}{3}\ \text{rad} \)。弧长 \( l = 3 \times \dfrac{\pi}{3} = \boxed{\pi\ \text{m}} \)。

实际应用题

练习7:钟表问题

钟表时针长 \( 8\ \text{cm} \),从12点到3点,时针扫过的弧长是多少?

解答:

从12点到3点,时针转动 \( 90^\circ = \dfrac{\pi}{2}\ \text{rad} \),弧长 \( l = 8 \times \dfrac{\pi}{2} = \boxed{4\pi\ \text{cm}} \)。

练习8:车轮转动

汽车轮胎半径为 \( 35\ \text{cm} \),汽车行驶 \( 100\ \text{m} \),轮胎转动了多少弧度?

解答:

汽车行驶距离等于轮胎转动的弧长,弧长 \( l = 100\ \text{m} = 10000\ \text{cm} \),弧度 \( \theta = \dfrac{l}{r} = \dfrac{10000}{35} \approx \boxed{285.7\ \text{rad}} \)。