地球有多大?2000多年前,古希腊数学家埃拉托斯特尼(Eratosthenes)利用太阳光线测量出了地球子午线的周长.下面让我们一起开启“探求地球周长”的数学项目化学习之旅.
项目任务(一):如图①,某日正午,小红在B地(与太阳直射点A在同一子午线上)测得太阳光与木棍的夹角为$α$,则$∠ AOB =$
项目任务(二):如图②,某日正午,小红和小明在同一子午线的B地、C地测得太阳光与木棍的夹角分别为$α,β$,则$∠ BOC =$
项目任务(三):如图③,日落时,身高为$h$的小亮趴在地上平视远方,在太阳完全从地平线上消失的一瞬间,按下秒表开始计时,同时马上站起来,当太阳再次完全消失在地平线的瞬间,停止计时,小亮利用这个时间差和地球自转的速度计算出了$∠ PQH=θ$,请据此计算出地球的半径与周长.(用含$h,θ$的代数式表示)

项目任务(一):如图①,某日正午,小红在B地(与太阳直射点A在同一子午线上)测得太阳光与木棍的夹角为$α$,则$∠ AOB =$
α
,若测得AB之间弧长为$l$,则地球子午线周长为$\dfrac{360l}{α}$
.(用含$α,l$的代数式表示)项目任务(二):如图②,某日正午,小红和小明在同一子午线的B地、C地测得太阳光与木棍的夹角分别为$α,β$,则$∠ BOC =$
α-β
,若测得BC之间弧长为$l$,则地球子午线周长为$\dfrac{360l}{α-β}$
.(用含$α,β,l$的代数式表示)项目任务(三):如图③,日落时,身高为$h$的小亮趴在地上平视远方,在太阳完全从地平线上消失的一瞬间,按下秒表开始计时,同时马上站起来,当太阳再次完全消失在地平线的瞬间,停止计时,小亮利用这个时间差和地球自转的速度计算出了$∠ PQH=θ$,请据此计算出地球的半径与周长.(用含$h,θ$的代数式表示)
答案
项目任务(一) α $\dfrac{360l}{α}$
解析:
∵ 太阳光线是平行线,
∴ OA//GD.
∵ ∠ODG=α,
∴ ∠AOB=∠ODG=α.设地球的半径为r,
∵ AB之间弧长为l,
∴ $\dfrac{α · πr}{180}=l$,
∴ $r=\dfrac{180l}{πα}$,
∴ 地球子午线周长为$2πr=2π · \dfrac{180l}{πα}=\dfrac{360l}{α}$.
项目任务(二) α-β $\dfrac{360l}{α-β}$
解析:如图②,延长EF交OB于W,
∵ 太阳光线是平行线,
∴ MN//EF.
∵ ∠OMN=α,
∴ ∠EWM=∠OMN=α.
∵ ∠OEW=β,
∴ ∠BOC=∠EWM-∠OEW=α-β.设地球的半径为$r_1$,
∵ BC之间弧长为l,
∴ $\dfrac{(α-β) · πr_1}{180}=l$,
∴ $r_1=\dfrac{180l}{π(α-β)}$,
∴ 地球子午线周长为$2πr=2π · \dfrac{180l}{π(α-β)}=\dfrac{360l}{α-β}$.
项目任务(三) 地球的半径为$\dfrac{h\cos θ}{1-\cos θ}$,地球的周长为$\dfrac{2πh\cos θ}{1-\cos θ}$
解析:
∴ $OP=PH+OH=h+r_2$,由切线的性质可得∠PHQ=∠PTO=90°,
∴ ∠HQP+∠HPQ= 90° = ∠TPO + ∠TOP,
∴ ∠TOP = ∠PQH = θ. 在Rt△TPO中,$\cos∠TOP=\dfrac{OT}{OP}$,
∴ $\cos θ=\dfrac{r_2}{h+r_2}$,
∴ $r_2=\dfrac{h\cos θ}{1-\cos θ}$,
∴ 地球的半径为$\dfrac{h\cos θ}{1-\cos θ}$,
∴ 地球的周长为$2πr_2=\dfrac{2πh\cos θ}{1-\cos θ}$.
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