师:同学们好,今天我们学习的课题是相交线第三课时。生活中,我们常常会遇到这样的问题:要修一条从学校到公路的道路,为了节约成本,怎样修才能使这条道路最短?
我们可以把学校看成一点,把公路看成一条直线。那么要修的路,实际上就是从这一点到这条直线上一点所连的线段。这样就把实际问题转化成了数学问题:已知点(P)在直线(l)外,在直线(l)上取一点(A),连接(PA),使线段(PA)最短。
由于直线(l)上有无数个点,线段(PA)有无数条,到底哪一条最短呢?显然,线段(PA)所在的直线与直线(l)都是相交的位置关系。通过前面的学习,我们知道垂直是相交的一种特殊情况。我们先看这种特殊情况:过点(P)作直线(l)的垂线,垂足为点(O)。那么以这点和垂足为端点的线段(PO),就是点(P)到直线(l)的垂线段。
因此,我们可以给垂线段下这样的定义:过直线外一点画已知直线的垂线,以这点和垂足为端点的线段,就是这点到这条直线的垂线段。我们从图上可以直观地看到,垂线段是垂线上特殊的一段,它具有垂线的性质,它与垂线的区别在于:垂线是直线,而垂线段是线段。
介绍完垂线段,我们接着来探究:直线外一点与直线上所有点的连线中,哪条最短?点(P)是直线(l)外一点,在直线(l)上任意取一些点(A)、(B)、(C)、(D)、(O),把这些点分别与点(P)连接,得到线段(PA)、(PB)、(PC)、(PD)、(PO),其中(PO)垂直于(l)。观察这些线段,比较它们的长短,其中哪一条线段最短?
我们来量一量,通过测量,我们很容易得出线段(PO)最短。可是直线上有无数个点,与点(P)可连成无数条线段,是不是仍然是线段(PO)最短呢?我们来动手操作看看:点(P)在直线(l)外,把一根细绳的一端用图钉固定在点(P)处,垂直拉紧细绳,再绕点(P)转动,按如图所示的步骤进行操作,观察细绳上的标记点(O)的位置变化,你有什么发现?
请看视频:将细绳的一端固定在点(P)处,垂直拉紧细绳,垂足为点(O)。将细绳绕点(P)转动,观察点(O)的位置有什么变化。
在视频中我们可以看到,只有当细绳与直线(l)垂直时,点(O)在直线(l)上;当它们不垂直时,点(O)都在直线(l)的上方。如果我们把细绳与直线(l)的交点记为(A),则线段(PA)的长度始终大于或等于线段(PO)的长度。
从以上的观察、操作中,我们可以得到这样一个基本事实:在连接直线外一点与直线上各点的线段中,垂线段最短,简称垂线段最短。我们用一个动画演示这个基本事实:点(P)在直线(l)外,点(A)在直线(l)上运动。只有当(PA)垂直于(l)时,线段(PA)的长度最短。
因为直线外一点与直线上点所连的线段有无数条,而垂线段只有一条,所以我们又把这条垂线段的长度,叫做点到直线的距离,它是一个数量。
学到这里,你能找到从学校到公路最短的道路吗?根据垂线段最短,过点(P)作直线(l)的垂线段,垂足为点(N),则线段(PN)为所求。
体育课上,沙坑中留下一位同学跳远的足印。如何测量这位同学的跳远成绩?为什么这样量?
生:跳远成绩实际上是求足印到直线(l)的距离。足印一般取离起跳线最近的点,即沙坑中脚印上点(P)到起跳线(l)的垂线段(PA)的长。
师:接下来我们来看一组练习。
已知直线(l)外一点(P),则点(P)到直线(l)的距离是什么?
生:根据点到直线距离的定义,答案是(C)。(A)选项中,垂线是直线,它的长度无法测量;(B)选项中,点(P)与直线(l)上一点的连线有无数条,所以长度也无法确定;(D)选项中,垂线段是图形,而点到直线的距离是数量。
如图,(BC)垂直于(AB),(CB = 6)厘米,(AB = 8)厘米,(AC = 10)厘米。那么点(C)到(AB)的距离是多少厘米?
生:本题的解题关键是找垂线段,点(C)到(AB)的垂线段是线段(BC),长度为(6)厘米,所以点(C)到(AB)的距离是(6)厘米。
师:思考线段(AB)的长度是哪个点到哪条直线的距离?
生:这个问题的关键是找线段(AB)与谁垂直,在这里与(BC)垂直,所以线段(AB)是点(A)到直线(BC)的距离。
