Giáo án lớp 12 môn Toán - Tiết 17, 19 - Bài 2 : Mặt cầu

Bài 2 : MẶT CẦU (Tiết: 17 - 19 Ngaøy soaïn: 10 / 9 /2008 ) I / Mục tiêu baøi dạy: * Kiến thức : Nắm khái niệm mặt cầu, tâm mặt cầu, bán kính mặt cầu, đường kính mặt cầu. Giao của mặt cầu và mặt phẳng , đường tròn lớn, giao của mặt cầu và đường thẳng, tiếp tuyến với mặt cầu, công thức tính diện tích và thể tích của khối cầu.Biết công thức tính diện tích mặt cầu. * Kỹ năng: + Biết cách tính diện tích mặt cầu và thể tích của khối cầu. + Biết chứng minh một số tính chất liên quan đến mặt cầu. * Thaùi ñoä: tích cực chủ động xây dựng bài, tự mình chiếm lĩnh tri thức dưới sự hướng dẫn của Gv, linh hoạt, sáng tạo trong quá trình tiếp cận kiến thức mới. * Tö duy: hình thành tư duy logic, lập luận chặt chẽ, và linh hoạt trong quá trình vận dụng kiến thức để giải toán. II. / Phương phaùp: - Giải quyết vấn đề ,vấn đáp , kết hợp hoạt động nhoùm . - Phöông tieän daïy hoïc: Máy chiếu ,giáo án ,SGK. III. / Nội dung vaø tiến trình leân lớp: Hoạt ñộng của Gv Hoạt ñộng của Hs I. MẶT CẦU VÀ CÁC KHÁI NIỆM LIÊN QUAN ĐẾN MẶT CẦU. Yêu cầu học sinh tìm trong thực tế những vật bên ngoài có dạng mặt cầu . Chiếu minh họa mặt cầu Yêu cầu Hs nhắc lại khái niệm Đường tròn từ đó mở rộng để tiến đến hình thành khái niệm Giới thiệu khái niệm 1. Mặt cầu: Tập hợp những điểm M trong không gian cách điểm O cố định một khoảng không đổi bằng r (r > 0) được gọi là mặt cầu tâm O bán kính r. Kyù hieäu: S(O; r) hay (S). Ta coù: S(O;r) = + Baùn kính: r = OM (MÎ S(O; r)) + AB là dây cung đi qua tâm O nên được gọi là Ñöôøng kính: AB (OA = OB). 2. Điểm nằm trong và điểm nằm ngoài mặt cầu - Khối cầu: Yêu cầu Hs nhắc lai vi trí tương đối giữa đường tròn và 1 điểm M cho trước.Từ đó suy rộng cho trường hợp một điểm với 1 mặt cầu . Giơí thiệu khái niệm điểm trong ,ngoài. Cho mặt cầu tâm (O,r) và M là một điểm bất kỳ trong không gian. + Nếu OM = r thì ta nói điểm M nằm trên mặt cầu S(O; r). + Nếu OM < r thì ta nói điểm M nằm trong mặt cầu S(O; r). + Nếu OM > r thì ta nói điểm M nằm ngoài mặt cầu S(O; r). Chiếu minh họa. Cho điểm M di chuyển nằm ở 3 vị trí ,so sánh OM với r. Giới thiệu khái niệm Khối cầu : Tập hợp các điểm thuộc mặt cầu S(O,r)cùng với các điểm nằm trong mặt cầu đó được gọi là Khối cầutâm O bán kính r 3. Biểu diễn mặt cầu: Giới thiệu cách biểu diễn là dùng phép chiếu vuông góc lên Mp,khi đó hìng chiếu là một hình tròn Muốn rõ hơn và trực quan hơn ta thường vẽ thêm một số đường tròn trên hình biểu diễn Chiếu hình minh họa 4./ Đường kinh tuyến và vĩ tuyến của địa cầu: Chiếu phần đường tròn quay tạo vết để được mặt cầu và yêu cầu học sinh nhận xét xem: Một đường tròn quay tạo nên mặt cầu ,Quỹ tích một điểm khi quay quanh trục ,từ đó giới thiệu khái niệm kinh tuyến,vĩ tuyến ( Chú ý Vết của 1 điểm khi quay quanh trục ).( file Vị trí tương đối Mp và Mặt cầu. ) Hoạt động 1: Yêu cầu h/s tìm tâm các mặt cầu luôn đi qua hai điểm cố định A và B cho trước. II. GIAO CỦA MẶT CẦU VÀ MẶT PHẲNG. Cho S(0,r) vµ mp (P). Gäi H lµ h×nh chiÕu cña O lªn (P) vµ h = 0H lµ kho¶ng c¸ch tõ O tíi (P) Yêu cầu Hs nêu các trường hợp xãy ra giữa h và r Hãy xét mối quan hệ giữa (P) và (S) trong các trường hợp trên . 1. / Trường hợp h > r: " M Î (P): 0M ³ 0H h ³ r Þ S(0; r) Ç (P) = Æ Chiếu minh họa bằng Sketchpad Không giao nhau 2. Trường hợp h = r: Khi ®ã H Î S(0;r): " M Î(P), M º H Th× 0M = 0H = R Þ S(0;R) Ç (P) = íHý Do đó ta có: Điều kiện cần và đủ để mp (P) tiếp xúc với mặt cầu S(O; r) tại điểm H là (P) vuông góc với bán kính OH tại điểm H đó. 3. Trường hợp h < r: Mặt phẳng cắt mặt cầu theo đường tròn tâm H, bán kính r’ = Cắt nhau Đặc biệt: khi h = 0, ta có giao tuyến của mặt phẳng (P) và mặt cầu S(O; r) là đường tròn tâm O, bán kính r, đường tròn này được gọi là đường tròn lớn. Mặt phẳng đi qua tâm O của mặt cầu được gọi là mặt phẳng kính của mặt cầu đó. Hoạt động 2: Chia lớp làm 4 nhóm giải Bt a/ Em hãy xác định đường tròn giao tuyến của mặt cầu S(O; r) và mặt phẳng (a). Biết rằng khoảng cách từ tâm O đến (a) bằng . b/ Cho mặt cầu S(O; r), hai mp (a) và (b) có khoảng cách đến tâm O của mặt cầu đã cho lần lượt là a và b (0 < a < b < r). Hãy so sánh hai bán kính của các đường tròn giao tuyến. Gọi các nhóm trình bày, sửa sai,hoàn chỉnh. III./ GIAO CỦA MẶT CẦU VỚI ĐƯỜNG THẲNG, TIẾP TUYẾN CỦA MẶT CẦU: R O H d (D) Cho mặt cầu S(O; r) và đường thẳng D. Gọi H là hình chiếu vuông góc của tâm O trên D và d = OH là khoảng cách từ O đến D. Yêu cầu Hs so sánh các trường hợp xãy ra giữa d và r ,Từ đó xét vị trí tương đối giữa (D) và ( S) 1./ Nếu d > r: Ta có: OM > r Þ (D) Ç (S) = f (Mọi điểm M thuộc D đều nằm ngoài mặt cầu.) 2./ Nếu d = r : Ta có : OM > OH = r Þ (D) Ç (S) = M M: được gọi là tiếp điểm (D) : được gọi là tiếp tuyến của mặt cầu. Như vậy : điều kiện cần và đủ để đường thẳng D tiếp xúc với mặt cầu S(O ; r) tại điểm H là D vuông góc với bán kính OH tại điểm H đó. R O H d (D) A B 3./ Nếu d < r : Ta có : OH < r Þ (D) Ç (S) = {A, B} * Nhận xét: a/ Qua ñieåm A naèm treân maët caàu (S; r) coù voâ soá tieáp tuyeán cuûa maët caàu (S; r). Taát caû caùc tieáp tuyeán naøy ñeàu naèm treân tieáp dieän cuûa maët caàu (S; r) taïi ñieåm A. b/ Qua ñieåm A naèm ngoaøi maët caàu (S; r) coù voâ soá tieáp tuyeán vôùi maët caàu (S; r). Ñoä daøi caùc ñoaïn thaúng keû töø A tôùi tieáp ñieåm ñeàu baèng nhau. * Chú ý: + Ta nói mặt cầu nội tiếp hình đa diện nếu mặt cầu đó tiếp xúc với tất cả các mặt của hình đa diện đó, và mặt cầu ngoại tiếp hình đa diện nếu tất cả các đỉnh của hình đa diện đều thuộc mặt cầu. + Khi nói mặt cầu nội tiếp (ngoại tiếp) hình đa diện, ta cũng nói hình đa diện ngoại tiếp (nội tiếp) mặt cầu. Hoạt động 3: Chia lớp làm 4 nhóm yêu cầu giải bài tập: Cho hình lập phương ABCD.A’B’C’D’ có cạnh bằng a. Hãy xác định tâm và bán kính mặt cầu: a/ Đi qua 8 đỉnh của hình lập phương. b/ Tiếp xúc với 12 cạnh của hình lập phương. c/ Tiếp xúc với 6 mặt của hình lập phương. Gọi đại diện hai nhóm trình bày Sửa sai,hoàn chỉnh IV. CÔNG THỨC TÍNH DIỆN TÍCH MẶT CẦU VÀ THỂ TÍCH KHỐI CẦU. * Mặt cầu bán kính r có diện tích là: S = 4.p.r2 * Mặt cầu bán kính r có thể tích là: V = p.r3 Nghe theo dõi,suy nghĩ ,Trả lời câu hỏi của giáo viên kết hợp ghi chép Vẽ hình Xem,Nghe,suy nghĩ trả lời ,ghi chép Xem suy nghĩ, tri giác ,trả lời câu hỏi,rút ra kết luận. Thảo luận nhóm để tìm tâm các mặt cầu luôn đi qua hai điểm cố định A và B cho trước. Suy nghĩ Trả lời các câu hỏi của giáo viên Tìm ra các trường hợp Rút ra các vi trí tương đối của chúng . Một số em trình bày Lớp góp ý bổ sung hoàn chỉnh Ghi chép ,vẽ hình Tiếp xúc Các nhóm hoạt động:thực hiện nhiệm vụ + Xác định đường tròn giao tuyến của mặt cầu S(O; r) và mặt phẳng (a). Biết rằng khoảng cách từ tâm O đến (a) bằng . + So sánh hai bán kính của các đường tròn giao tuyến. Đại diện hai nhóm trình bày Lớp đánh giá bổ sung,hoàn chỉnh. Nghe,suy nghí trả lời các câu hỏi Rút ra kết luận Ghi chép , vẽ hình Không cắt (D) R O Tiếp xúc Cắt nhau Hs thảo luận nhóm để xác định tâm và bán kính mặt cầu: + Đi qua 8 đỉnh của hình lập phương. + Tiếp xúc với 12 cạnh của hình lập phương. + Tiếp xúc với 6 mặt của hình lập phương. Đại diện các nhóm trình bày Lớp bổ sung ,hoàn chỉnh IV. Củng cố: + Yêu cầu h/s nhắc lại các khái niệm và quy tắc trong bài để Hs khắc sâu kiến thức. + Dặn dò h/s học bài và làm các bài tập trong SGK,( trang 49.) V./ Bổ sung :