3. 某地为了安全在某段铁路两旁主干道路上安置了两座可旋转探照灯。如图 2 - 8①所示,灯$A$发出的射线从$AM$开始顺时针旋转至$AN$便立即回转,灯$B$发出的射线从$BP$开始顺时针旋转至$BQ$便立即回转,两灯不停交叉照射巡视。若灯$A$转动的速度是$2°/s$,灯$B$转动的速度是$1°/s$,假定主干道路是平行的,即$PQ// MN$,且$∠ BAM:∠ BAN = 2:1$。
(1)$∠ BAN=$
(2)①如图 2 - 8②,若灯$B$发出的射线先转动$30s$,灯$A$发出的射线才开始转动,在灯$B$发出的射线到达$BQ$之前,设灯$A$转动$t\ s(0< t< 90)$,则$∠ MAM'=$
②在①的条件下,若$AM'// BP'$,则$t=$
(3)如图 2 - 8③,两灯同时转动,在灯$A$发出的射线到达$AN$之前,若射出的两光束交于点$C$,过点$C$作$∠ ACD$交$PQ$于点$D$,且$∠ ACD = 120°$,则在转动过程中,请探究$∠ BAC$与$∠ BCD$的数量关系是否发生变化。若不变,请求出其数量关系;若改变,请说明理由。

(1)$∠ BAN=$
$ 60° $
。(2)①如图 2 - 8②,若灯$B$发出的射线先转动$30s$,灯$A$发出的射线才开始转动,在灯$B$发出的射线到达$BQ$之前,设灯$A$转动$t\ s(0< t< 90)$,则$∠ MAM'=$
$ (2t)° $
,$∠ PBP'=$$ (30 + t)° $
。(两空均用含$t$的代数式表示)②在①的条件下,若$AM'// BP'$,则$t=$
30
。(3)如图 2 - 8③,两灯同时转动,在灯$A$发出的射线到达$AN$之前,若射出的两光束交于点$C$,过点$C$作$∠ ACD$交$PQ$于点$D$,且$∠ ACD = 120°$,则在转动过程中,请探究$∠ BAC$与$∠ BCD$的数量关系是否发生变化。若不变,请求出其数量关系;若改变,请说明理由。
答案
3. 解:(1)$ 60° $
(2)① $ (2t)° $ $ (30 + t)° $
② 30 解析:若 $ AM' // BP' $,则 $ ∠ M'AB = ∠ P'BA $。又因为 $ QP // MN $,所以 $ ∠ PBA = ∠ MAB $,所以 $ ∠ PBA - ∠ P'BA = ∠ MAB - ∠ M'AB $。所以 $ ∠ PBP' = ∠ M'AM $。所以 $ (30 + t)° = (2t)° $。所以 $ t = 30 $。故答案为 30。
(3)不变,$ ∠ BAC = 2 ∠ BCD $。求解如下:设灯 $ A $ 发出的射线转动时间为 $ t $ s,因为 $ ∠ CAN = 180° - (2t)° $,所以 $ ∠ BAC = ∠ BAN - ∠ CAN = 60° - [180° - (2t)°] = (2t)° - 120° $。因为 $ PQ // MN $,所以 $ ∠ ABP = ∠ BAM = 120° $。所以 $ ∠ ABC = ∠ ABP - ∠ PBC = 120° - t° $,所以 $ ∠ BCA = 180° - ∠ ABC - ∠ BAC = 180° - t° $。而 $ ∠ ACD = 120° $,所以 $ ∠ BCD = 120° - ∠ BCA = 120° - (180° - t°) = t° - 60° $。所以 $ ∠ BAC : ∠ BCD = 2 : 1 $。即 $ ∠ BAC = 2 ∠ BCD $。
(2)① $ (2t)° $ $ (30 + t)° $
② 30 解析:若 $ AM' // BP' $,则 $ ∠ M'AB = ∠ P'BA $。又因为 $ QP // MN $,所以 $ ∠ PBA = ∠ MAB $,所以 $ ∠ PBA - ∠ P'BA = ∠ MAB - ∠ M'AB $。所以 $ ∠ PBP' = ∠ M'AM $。所以 $ (30 + t)° = (2t)° $。所以 $ t = 30 $。故答案为 30。
(3)不变,$ ∠ BAC = 2 ∠ BCD $。求解如下:设灯 $ A $ 发出的射线转动时间为 $ t $ s,因为 $ ∠ CAN = 180° - (2t)° $,所以 $ ∠ BAC = ∠ BAN - ∠ CAN = 60° - [180° - (2t)°] = (2t)° - 120° $。因为 $ PQ // MN $,所以 $ ∠ ABP = ∠ BAM = 120° $。所以 $ ∠ ABC = ∠ ABP - ∠ PBC = 120° - t° $,所以 $ ∠ BCA = 180° - ∠ ABC - ∠ BAC = 180° - t° $。而 $ ∠ ACD = 120° $,所以 $ ∠ BCD = 120° - ∠ BCA = 120° - (180° - t°) = t° - 60° $。所以 $ ∠ BAC : ∠ BCD = 2 : 1 $。即 $ ∠ BAC = 2 ∠ BCD $。
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