Сечение шара плоскостью и радиус полученной окружности для 11 класса — упражнения с разбором
Печатный рабочий лист для 11 класса. В каждом варианте все размеры относятся к одному и тому же геометрическому объекту — шару; d измеряется перпендикулярно плоскости от центра шара.
Содержание статьи8 разделов
Геометрическая модель
Пусть O — центр шара, H — основание перпендикуляра из O на секущую плоскость, P — любая точка окружности сечения. Треугольник OHP прямоугольный, OP = R, OH = d, HP = r. По теореме Пифагора r² = R² − d². Отсюда r = √(R² − d²), если 0 ≤ d ≤ R.
| Положение плоскости | Геометрический результат |
|---|---|
| 0 ≤ d < R | Невырожденная окружность радиуса √(R² − d²) |
| d = R | Касание шара: одна точка, r = 0 |
| d > R | Общих точек нет; действительного радиуса сечения нет |
Важно: площадь круга сечения равна πr², длина окружности равна 2πr. Это разные величины с разными единицами.
Вариант А — 8 заданий
- Найдите радиус сечения шара радиуса 13 см плоскостью на расстоянии 5 см от центра. Поле решения: __________________________
- Для шара R = 10 дм, d = 6 дм найдите площадь круга сечения. Поле решения: __________________________
- Шар R = 17 м, плоскость на расстоянии 15 м. Найдите диаметр сечения. Поле решения: __________________________
- Плоскость проходит через центр шара радиуса 9 см. Найдите радиус окружности сечения. Поле решения: __________________________
- Шар R = 5 см, d = 5 см. Сколько общих точек с плоскостью и каков формальный радиус? Поле решения: __________________________
- У шара R = 8 см, d = 10 см. Существует ли сечение? Поле решения: __________________________
- Шар R = 25 см, d = 7 см. Найдите радиус сечения. Поле решения: __________________________
- Радиус шара 15 см. Плоскость на расстоянии 9 см. Найдите длину окружности сечения. Поле решения: __________________________
Вариант Б — 8 независимых заданий
- Шар радиуса 20 см пересечён плоскостью при d = 12 см. Найдите радиус круга сечения. Поле решения: __________________________
- Радиус шара 13 дм, расстояние до плоскости 12 дм. Найдите площадь круга сечения. Поле решения: __________________________
- При R = 10 см и d = 8 см найдите диаметр окружности сечения. Поле решения: __________________________
- Для центрального сечения шара R = 6 м найдите его площадь. Поле решения: __________________________
- У шара R = 7 дм и d = 7 дм. Можно ли получить окружность положительного радиуса? Поле решения: __________________________
- При R = 11 см и d = 13 см определите, возможно ли сечение. Поле решения: __________________________
- Шар R = 29 см, d = 21 см. Определите радиус круга сечения. Поле решения: __________________________
- Шар R = 41 см, d = 40 см. Найдите диаметр окружности сечения. Поле решения: __________________________
Ключ варианта А
| № | Ответ с проверкой / объяснением |
|---|---|
| 1 | 12 см: √(13² − 5²) = √144 = 12. |
| 2 | 64π дм²: r = √(100 − 36) = 8 дм, S = π × 8². |
| 3 | 16 м: r = √(17² − 15²) = 8 м, диаметр = 16 м. |
| 4 | 9 см: при d = 0 получаем r = R; это наибольший круг сечения. |
| 5 | Одна точка касания, r = 0: плоскость касается шара, невырожденной окружности нет. |
| 6 | Нет: d = 10 см > R = 8 см; выражение R² − d² отрицательно. |
| 7 | 24 см: √(625 − 49) = √576. |
| 8 | 24π см: r = √(225 − 81) = 12 см; длина 2πr = 24π см. |
Ключ варианта Б
| № | Ответ с проверкой / объяснением |
|---|---|
| 1 | 16 см: r = √(400 − 144) = √256. |
| 2 | 25π дм²: r = √(169 − 144) = 5 дм. |
| 3 | 12 см: r = √(100 − 64) = 6 см; диаметр 12 см. |
| 4 | 36π м²: r = 6 м, S = 36π. |
| 5 | Нет: d = R, касание в одной точке и r = 0. |
| 6 | Нет: d > R, пересечения нет. |
| 7 | 20 см: r = √(841 − 441) = 20 см. |
| 8 | 18 см: r = √(1681 − 1600) = 9 см; диаметр 18 см. |
Критерии оценивания
- Каждое задание — 2 балла: один за правильную модель и проверку d ≤ R, второй за расчёт, единицы и смысловую формулировку.
- При d ≥ R балл за вывод о характере пересечения важнее попытки механически извлечь корень.
- Максимум за вариант — 16 баллов: 14–16 — отлично; 11–13 — хорошо; 8–10 — повторить вычисления; меньше 8 — заново разобрать прямоугольный треугольник OHP.
Для проверки обратного решения подставьте найденный радиус в равенство r² + d² = R². Оно обязано выполняться с одинаковыми единицами длины.
Разбираем два способа поиска неизвестного
Прямой способ нужен, если известны R и d: сначала вычисляют разность квадратов, затем извлекают неотрицательный корень. Например, для R = 26 см и d = 10 см получаем r = √(676 − 100) = 24 см. При этом r не может превышать радиус шара — это быстрый контроль результата.
Обратный способ применяют, если измерили радиус r сечения и хотят узнать расстояние от центра до плоскости: d = √(R² − r²). Например, при R = 25 см и r = 15 см выходит d = √(625 − 225) = 20 см. Если экспериментально измеренное r больше R, задача с заданными числами не имеет решения. Две плоскости по разные стороны центра на одном расстоянии d дадут одинаковый радиус сечения.
Как организовать решение на бумаге
- Обозначьте перпендикуляр из центра к плоскости и выпишите условие R ≥ d ≥ 0. Если требуемое условие не выполняется, сразу напишите геометрический вывод.
- Сделайте осевой рисунок: центр O, основание перпендикуляра H, точка P на окружности. Отметьте прямой угол OHP.
- Запишите OP² = OH² + HP² и замените отрезки R, d, r; вычисления выполняйте в одинаковых единицах.
- Если просят площадь, после нахождения r вычислите πr²; если диаметр — 2r; если длину окружности — 2πr.
- Проверьте равенство r² + d² = R², а также 0 ≤ r ≤ R. Для касательного случая прямо назовите точку касания.
Почему сечение является кругом? Все точки P сечения удовлетворяют OP ≤ R и лежат в одной плоскости. По прямоугольному треугольнику условие OP² = d² + HP² ≤ R² эквивалентно HP² ≤ R² − d². Значит, в плоскости получаем круг с центром H и радиусом r; его граница — окружность. Если говорят именно об окружности сечения, имеется в виду граница этого круга.
Проверочный пример на единицы: шар радиуса 0,5 м, плоскость в 30 см от центра. Сначала приведём к сантиметрам: R = 50 см, d = 30 см. Получится r = 40 см. Если забыть перевод и вычитать 0,5² − 30², выйдет бессмысленное отрицательное число.
Сохраните материал или отправьте тому, кому он пригодится.
