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应用二:旋转角度等于圆心角

图形的旋转与中心对称 · 初三
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 图形绕定点旋转,对应点与旋转中心连线所成的角即为旋转角,其度数等于圆心角。

从哪来 它建立在“例题1:求顶点坐标与对称轴”之上。通过确定抛物线顶点(旋转中心)及对称轴,为后续分析旋转后的对应点位置及角度关系提供几何基准。

为什么 旋转的本质是刚体运动,保持距离不变。当点 $P$ 绕中心 $O$ 旋转到 $P'$ 时,$OP=OP'$,$\triangle OPP'$ 是等腰三角形。若引入辅助圆(以 $O$ 为圆心,$OP$ 为半径),则 $\angle POP'$ 既是旋转角,也是该圆中弧 $PP'$ 所对的圆心角。根据圆的定义,圆心角的度数等于其所对弧的度数,因此旋转角度在数值上严格等于圆心角。

动态演示法
适合视觉型/直觉型学生。 使用几何画板或实物模型(如钟表指针),固定中心点,移动指针。强调“指针扫过的区域”就是扇形,指针转过的角度就是圆心角。让学生直观看到“转了多少度”和“圆心角是多少度”是同一回事。
代数推导法
适合逻辑型/抽象型学生。 从坐标变换公式出发。设点 $P(x,y)$ 绕原点旋转 $\alpha$ 角到 $P'(x',y')$。利用三角函数定义,$x=r\cos\theta, y=r\sin\theta$,旋转后角度变为 $\theta+\alpha$。指出 $\alpha$ 正是极角的变化量,而在单位圆中,极角的变化量即为圆心角。通过公式 $x'=x\cos\alpha - y\sin\alpha$ 等,证明 $\alpha$ 是连接新旧位置的几何角度。
逆向构造法
适合空间想象型/解题型学生。 给出旋转后的图形,要求学生“找回”旋转中心。连接对应点 $A, A'$ 和 $B, B'$,作垂直平分线交于点 $O$(即圆心/旋转中心)。连接 $OA, OA'$,测量 $\angle AOA'$。再连接 $OB, OB'$,测量 $\angle BOB'$。发现两者相等,且都等于题目给定的旋转角。从而得出结论:旋转角就是对应点与中心连线构成的圆心角。
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练一道
基础题
在平面直角坐标系中,点 $A(1, 0)$ 绕原点 $O$ 逆时针旋转 $60^\circ$ 得到点 $B$。求点 $B$ 的坐标,并说明旋转角与 $\triangle OAB$ 中 $\angle AOB$ 的关系。
变式
抛物线 $y=x^2-2x+2$ 的顶点为 $C$。将抛物线绕点 $C$ 顺时针旋转 $90^\circ$ 得到新抛物线。若原抛物线上一点 $P(0,2)$ 旋转后对应点为 $Q$,求 $Q$ 的坐标,并指出 $\angle PCQ$ 的度数。
试试手自己判
检测题
点 $A(2, 0)$ 绕点 $O(0, 0)$ 逆时针旋转得到点 $B$。若 $\triangle OAB$ 是等边三角形,求旋转角的大小及点 $B$ 的坐标。
看答案和判分标准
答案:旋转角为 $60^\circ$;点 $B$ 坐标为 $(1, \sqrt{3})$。
判对标准:
1. 正确识别旋转角为 $60^\circ$(1分)。
2. 正确应用三角函数或几何关系求出 $B$ 的横坐标为 $1$(1分)。
3. 正确求出 $B$ 的纵坐标为 $\sqrt{3}$(1分)。
4. 若只写角度没写坐标,或坐标错误,均不得满分。
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