人教a版高中数学必修4第2章 平面向量全部教案 同步单元测试卷.doc

人教a版 必修4 第2章 教案及同步测试试卷(含答案)第二章 平面向量本章教材分析1.丰富多彩的背景,引人入胜的内容.教材首先从力、位移等量讲清向量的实际背景以及研究向量的必要性,接着介绍了平面向量的有关知识.学生将了解向量丰富的实际背景,理解平面向量及其运算的意义,能用向量语言与方法表述和解决数学、物理中的一些问题,发展运算能力和解决实际问题的能力.平面向量基本定理是平面向量正交分解及坐标表示的基础,从学生熟知的功的概念出发,引出了平面向量数量积的概念及其几何意义,接着介绍了向量数量积的性质、运算律及坐标表示.向量数量积把向量的长度和三角函数联系了起来,这样为解决有关的几何问题提供了方便,特别能有效地解决线段的垂直问题.最后介绍了平面向量的应用.2.教学的最佳契机,全新的思维视角.向量具有几何形式和代数形式的“双重身份”,这一概念是由物理学和工程技术抽象出来的.反过来,向量的理论和方法,又成为解决物理学和工程技术的重要工具,向量之所以有用,关键是它具有一套良好的运算性质,通过向量可把空间图形的性质转化为向量的运算,这样通过向量就能较容易地研究空间的直线和平面的各种有关问题.这一章的内容虽然概念多,但大都有其物理上的来源,虽然抽象,却与图形有着密切的联系,向量应用的优越性也是非常明显的.全新的思维视角,恰当的教与学,使得向量不仅生动有趣,而且是培养学生创新精神与能力的极佳契机.3.本章充分体现出新教材特点.以学生已有的物理知识和几何内容为背景,直观介绍向量的内容,注重向量运算与数的运算的对比,特别注意知识的发生过程.对概念、法则、公式、定理等的处理主要通过观察、比较、分析、综合、抽象、概括得出结论.这一章中的一些例题,教科书不是先给出解法,而是先进行分析,探索出解题思路,再给出解法.解题后有的还总结出解决该题时运用的数学思想和数学方法,有的还让学生进一步考虑相关的问题.对知识的处理,都尽量设计成让学生自己观察、比较、猜想、分析、归纳、类比、想象、抽象、概括的形式,从而培养学生的思维能力.向量的坐标实际上是把点与数联系起来,进而可把曲线与方程联系起来,这样就可用代数方程研究几何问题,同时也可以用几何的观点处理某些代数问题.4.本章教学约需12课时,具体分配如下,仅供参考.标题课时2.1平面向量的实际背景及基本概念1课时2.2向量的线性运算3课时2.3平面向量的基本定理及坐标表示2课时2.4平面向量的数量积2课时2.5平面向量的应用举例2课时本章复习2课时2.1 平面向量的实际背景及基本概念整体设计教学分析 本节是本章的入门课,概念较多,但难度不大.学生可根据原有的位移、力等物理概念来学习向量的概念,结合图形实物区分平行向量、相等向量、共线向量等概念.由于向量来源于物理,并且兼具“数”和“形”的特点,所以它在物理和几何中具有广泛的应用,可通过几个具体的例子说明它的应用.位移是物理中的基本量之一,也是几何研究的重要对象.几何中常用点表示位置,研究如何由一点的位置确定另外一点的位置.位移简明地表示了点的位置之间的相对关系,它是向量的重要的物理模型.力是常见的物理量.重力、浮力、弹力等都是既有大小又有方向的量.物理中还有其他力,让学生举出物理学中力的其他一些实例,目的是要建立物理课中学过的位移、力及矢量等概念与向量之间的联系,以此更加自然地引入向量概念,并建立学习向量的认知基础.三维目标1.通过实例,利用平面向量的实际背景以及研究平面向量的必要性,理解平面向量的概念以及确定平面向量的两个要素,搞清数量与向量的区别.2.理解自由向量、相等向量、相反向量、平行向量等概念,并能判断向量之间的关系,并会辨认图形中的相等向量或作出与某一已知向量相等的向量.3.在教学过程中,应充分根据平面向量的两个要素加以研究向量的关系,揭示向量可以平移这一特性.重点难点教学重点:理解并掌握向量、零向量、单位向量、相等向量、共线向量的概念,会表示向量.教学难点:平行向量、相等向量和共线向量的区别和联系.课时安排1课时教学过程导入新课 思路1.(情境导入)如图1,在同一时刻,老鼠由a向西北方向的c处逃窜,猫在b处向正东方向的d处追去,猫能否追到老鼠呢？学生马上得出结论:追不上,猫的速度再快也没用,因为方向错了.教师适时设问:如何从数学的角度来揭示这个问题的本质？由此展开新课.图1 思路2.两列火车先后从同一站台沿相反方向开出,各走了相同的路程,怎样用数学式子表示这两列火车的位移？从中国象棋中规定“马”走日,象走“田”,让学生在图上画出马、象走过的路线引入也是一个不错的选择.推进新课新知探究提出问题在物理课中,我们学过力的概念.请回顾一下力的三要素是什么？还有哪些量和力具有同样特征呢?这些量的共同特征是什么？怎样利用你所学的数学中的知识抽象这些具有共同特征的量呢？新的概念是对这些具有共同特征的量的描述,应怎样定义这样的量呢？数量与向量的区别在哪里？ 活动:教师指导学生阅读教材,思考讨论并解决上述问题,学生讨论列举与位移一样的一些量.物体受到的重力是竖直向下的,物体的质量越大,它受到的重力越大；物体在液体中受到的浮力是竖直向上的,物体浸在液体中的体积越大它受到的浮力就越大；速度与加速度都是既有大小,又有方向的量；物理中的动量与矢量都有方向,且有大小；物理学中存在着许多既有大小,又有方向的量. 教师引导学生观察思考这些量的共同特征,我们能否在数学学科中对这些量加以抽象,形成一种新的量.至此时机成熟,引入向量,并把那些只有大小,没有方向的量,如年龄、身高、长度、面积、体积、质量等称为数量,物理学上称为标量.显然数量和向量的区别就在于方向问题.讨论结果:略.我们把既有大小,又有方向的量叫做向量.物理中称为矢量.略.提出问题如何表示向量?有向线段和线段有何区别和联系？分别可以表示向量的什么?长度为零的向量叫什么向量？长度为1的向量叫什么向量?满足什么条件的两个向量是相等向量？单位向量是相等向量吗?有一组向量,它们的方向相同或相反,这组向量有什么关系？怎样定义平行向量?如果把一组平行向量的起点全部移到一点o,它们是不是平行向量？这时各向量的终点之间有什么关系?数量与向量有什么区别?数学中的向量与物理中的力有什么区别? 活动:教师指导学生阅读教材,通过阅读教材思考讨论以上问题.特别是有向线段,是学习向量的关键.但不能说“向量就是有向线段,有向线段就是向量”,有向线段只是向量的一种几何表示,二者有本质的区别.向量只由方向和大小决定,而与向量的起点的位置无关,但有向线段不仅与方向、长度有关,也与起点的位置有关.如图2,在线段ab的两个端点中,规定一个顺序,假设a为起点、b为终点,我们就说线段ab具有方向,具有方向的线段叫做有向线段,通常在有向线段的终点处画上箭头表示它的方向.以a为起点、b为终点的有向线段记作.起点要写在终点的前面. 已知,线段ab的长度也叫做有向线段的长度,记作.有向线段包含三个要素:起点、方向、长度.图2 知道了有向线段的起点、方向和长度,它的终点就唯一确定.用有向线段表示向量的方法是:1起点是a,终点是b的有向线段,对应的向量记作:.这里要提醒学生注意的方向是由点a指向点b,点a是向量的起点.2用字母a,b,c,表示.(一定要学生规范书写:印刷用黑体a,书写用)3向量(或a)的大小,就是向量(或a)的长度(或称模),记作|(或|a|).教师要注意引导学生将数量与向量的模进行比较,数量有大小而没有方向,其大小有正、负和0之分,可进行运算,并可比较大小;向量的模是正数或0,也可以比较大小.由于方向不能比较大小,像ab就没有意义,而|a|b|有意义.讨论结果:向量也可用字母a,b,c,表示(印刷用粗黑体表示),手写用a 来表示,或用表示向量的有向线段的起点和终点字母表示,如、.注意:手写体上面的箭头一定不能漏写.有向线段:具有方向的线段就叫做有向线段,其有三个要素:起点、方向、长度.向量与有向线段的区别:向量只有大小和方向两个要素,与起点无关,只要大小和方向相同,则这两个向量就是相同的向量；有向线段有起点、大小和方向三个要素,起点不同,尽管大小和方向相同,也是不同的有向线段.图3长度为0的向量叫零向量,长度为1个单位长度的向量,叫单位向量.但要注意,零向量、单位向量的定义都只是限制了大小.长度为0的向量叫做零向量,记作0,规定零向量的方向是任意的.长度等于1个单位的向量,叫做单位向量.长度相等且方向相同的向量叫做相等向量.是平行向量.平行向量定义的理解:第一,方向相同或相反的非零向量叫平行向量;第二,我们规定0与任一向量平行即0a.综合第一、第二才是平行向量的完整定义；向量a,b,c平行,记作abc.如图3.图4 又如图4,a,b,c是一组平行向量,任作一条与a所在直线0平行的直线l,在l上任取一点o,则可在l上分别作出a,=b,=c.这就是说,任一组平行向量都可以移动到同一直线上,因此,平行向量也叫做共线向量. 说明:平行向量可以在同一直线上,要区别于两平行线的位置关系.是共线向量,也就是平行向量.但要注意,平行向量就是共线向量,这是因为任一组平行向量都可移到同一直线上(与有向线段的起点无关).平行向量可以在同一直线上,要区别于两平行线的位置关系；共线向量可以相互平行,要区别于在同一直线上的线段的位置关系.数量只有大小,是一个代数量,可以进行代数运算、比较大小；向量有方向、大小双重性质,不能比较大小.力有大小、方向、作用点三个要素,而数学中的向量是由物理中的力抽象出来的,只有大小与方向两个要素,与起点的位置无关.应用示例例1 如图5,试根据图中的比例尺以及三地的位置,在图中分别用有向线段表示a地至b、c两地的位移.(精确到1 km)图5分析:本例是一个简单的实际问题,要求画出有向线段表示位移,目的在于巩固向量概念及其几何表示.解:表示a地至b地的位移,且|232 km;(ab长度8 000 000100 000)表示a地至c地的位移,且|296 km.(ac长度8 000 000100 000) 点评:位置是几何学研究的重要内容之一,几何中常用点表示位置,研究如何由一点的位置确定另外一点的位置.如图5,由a点确定b点、c点的位置.变式训练 一个人从a点出发沿东北方向走了100 m到达b点,然后改变方向,沿南偏东15方向又走了100 m到达c点,求此人从c点走回a点的位移.图6解:根据题意画出示意图,如图6所示.|=100 m,|=100 m,abc=45+15=60,abc为正三角形.|=100 m,即此人从c点返回a点所走的路程为100 m.bac=60,cad=bac-bad=15,即此人行走的方向为西偏北15.故此人从c点走回a点的位移为沿西偏北15方向100 m.图7例2 判断下列命题是否正确,若不正确,请简述理由.(1)abcd中,与是共线向量;(2)单位向量都相等. 活动:教师引导学生画出平行四边形,如图7. 因为ab/cd,所以.由于上面已经明确,单位向量只限制了大小,方向不确定,所以单位向量不一定相等,即单位向量模均相等且为1,但方向不确定.解:(1)正确;(2)不正确.点评:本题考查基本概念,对于单位向量、平行向量的概念特征及相互关系必须把握好.图8例3 如图8,设o是正六边形abcdef的中心,分别写出图中所示向量与相等的量. 活动:本例是结合正六边形的一些几何性质,让学生巩固相等向量和平行向量的概念,正六边形是边长等于半径并且对边互相平行的正多边形,它既是轴对称图形,又是中心对称图形,具有丰富的几何性质.教科书中要求判断与,与是否相等,是要通过长度相等方向相反的两个向量的不等,让学生从反面认识向量相等的概念.解:=;=;=. 点评:向量相等是一个重要的概念,今后经常用到.让学生在训练中明确,向量相等不仅大小相等,还要方向相同.变式训练 本例变式一:与向量长度相等的向量有多少个？(11个) 本例变式二:是否存在与向量长度相等、方向相反的向量？(存在)例4 下列命题正确的是( )a.a与b共线,b与c共线,则a与c也共线b.任意两个相等的非零向量的始点与终点是一平行四边形的四顶点c.向量a与b不共线,则a与b都是非零向量d.有相同起点的两个非零向量不平行 活动:由于零向量与任一向量都共线,所以a不正确.由于数学中研究的向量是自由向量,所以两个相等的非零向量可以在同一直线上,而此时就构不成四边形,根本不可能是一个平行四边形的四个顶点,所以b不正确.向量的平行只要方向相同或相反即可,与起点是否相同无关,所以d不正确.对于c,其条件以否定形式给出,所以可从其逆否命题来入手考虑,假若a与b不都是非零向量,即a与b至少有一个是零向量,而由零向量与任一向量都共线,可有a与b共线,不符合已知条件,所以有a与b都是非零向量,即只有c正确.答案:c 点评:对于有关向量基本概念的考查,可以从概念特征入手,也可以从反面进行考虑.即要判断一个结论不正确,只需举一个反例即可.要启发学生注意这两方面的结合.变式训练1.判断:(1)平行向量是否一定方向相同？(不一定)(2)不相等的向量是否一定不平行？(不一定)(3)与零向量相等的向量必定是什么向量？(零向量)(4)与任意向量都平行的向量是什么向量？(零向量)(5)若两个向量在同一直线上,则这两个向量一定是什么向量？(平行向量)(6)两个非零向量相等当且仅当什么？(长度相等且方向相同)(7)共线向量一定在同一直线上吗？(不一定)2.把一切单位平面向量归结到共同的始点,那么这些向量的终点所构成的图形是( )a.一条线段 b.一段圆弧 c.两个点 d.一个圆答案:d3.将平行于一直线的所有单位向量的起点平移到同一始点,则这些向量的终点所构成的图形是( )a.一个点 b.两个点c.一个圆 d.一条线段答案:b知能训练课本本节练习.解答:1.通过具体的例子,让学生动手画两个方向不同、大小不等的力(向量),图略.2.|,|,这两个向量的长度相等,但它们不等.点评:向量是既有大小,又有方向的量.长度相等的两个向量未必是两个相等的量.3.|=2,|=2.5,|=3,|=2.点评:方格纸是学生学习几何、向量等内容的好工具.在方格纸中,长度和角度非常容易表现.建议在向量内容的学习中把方格纸作为重要的学具.4.(1)它们的终点相同;(2)它们的终点不同.点评:方向相同的两个向量,如果它们的起点相同,它们的终点只与长度有关.课堂小结 本节课从平面向量的物理背景和几何背景入手,利用类比的方法,介绍了向量的两种表示方法:几何表示和字母表示,几何表示为用向量处理几何问题打下了基础,字母表示则利于向量的运算；然后又介绍了向量的模、平行向量、共线向量、相等向量等重要概念,这些概念是进一步学习后续课程的基础,必须要在理解的基础上把握好.作业课本习题2.1 1、2.设计感想 本节是平面向量的第一节,显然属于“概念课”,概念的理解无疑是重点,但也是难点.本教案设计的指导思想是:把学生划分小组合作讨论学习,经过小组成员们的合作探究,对平面向量的基本概念和基本解题方法都明了了不少,应该有很多的成功之处或收获.对失败或教训之处可能是由于一些概念性问题没有深入研究,导致解题存在困难,不过这些会通过学习的深入弥补过来的. 作为现代数学重要标志之一的向量引入中学数学以后,给中学数学带来了无限生机.通过本节具体问题的解决,让学生体会到数学在生活中的重要作用,并在实际课堂教学中规范学生的习惯,培养严谨的思考习惯和代数与几何相结合的习惯,为后面学习打下基础.备课资料一、向量中有关概念的辨析1.数量、向量、有向线段对这几个概念的理解容易出现概念不清的问题.数量只有大小,没有方向,其大小可以用实数来表示,它是一个代数量,数量之间可以比较大小;向量既有大小又有方向,向量之间不可以比较大小;有向线段是向量的直观性表示,不能说向量就是有向线段.2.平行向量、共线向量、相等向量平行向量也叫共线向量,故平行向量与共线向量没有区别,而相等向量一定是平行向量,但平行向量不一定是相等向量,即平行向量是相等向量的必要而非充分条件.二、备用习题1.若正多边形有n条边,它们对应的向量依次为a1,a2,an,则这n个向量 ( )a.都相等 b.都共线 c.都不共线 d.模都相等图132.如图13所示,在abc中,debc,则其中共线向量有( )a.一组 b.二组 c.三组 d.四组3.若命题p为a=b,命题q为|a|=|b|,则p是q的( )a.充分不必要条件 b.必要不充分条件c.充要条件 d.既不必要又不充分条件图144.如图14所示,在四边形abcd中,若,则下列各组向量相等的是( )a.与 b.与c.与 d.与5.已知a,b是任意两个向量,有下列条件:|a|=|b|;a=b;a与b的方向相反;a=0或b=0;a与b都是单位向量.其中是向量a与b共线的充分不必要条件的为._(把你认为正确的序号全都填上)6.如图15所示,四边形abcd和abde都是平行四边形.图15(1)写出与相等的向量;(2)若|=3,求向量的模.7.判断下列各命题的真假:向量的长度与向量的长度相等;向量ab,则a与b的方向相同或相反；两个有共同起点而且相等的向量,其终点必相同；两个有公共终点的向量,一定是共线向量；向量与向量是共线向量,则点a、b、c、d必在同一条直线上；有向线段就是向量,向量就是有向线段.其中假命题的个数为( )a.2 b.3 c.4 d.5参考答案:1.d 2.c 3.a 4.d 5.6.(1)与相等的向量有和,因为四边形abcd和abde都是平行四边形,故=.(2)向量的模|=6.7.c因为真命题；假命题；真命题；假命题；假命题；假命题.(设计者:郑吉星)2.2 平面向量的线性运算2.2.1 向量加法运算及其几何意义整体设计教学分析 向量的加法是学生在认识向量概念之后首先要掌握的运算,是向量的第二节内容.其主要内容是运用向量的定义和向量相等的定义得出向量加法的三角形法则、平行四边形法则,并对向量加法的交换律、结合律进行证明,同时运用他们进行相关计算,这可让同学们进一步加强对向量几何意义的理解,同时也为接下来学习向量的减法奠定基础,起到承上启下的重要作用.学生已经通过上节的学习,掌握了向量的概念、几何表示,理解了什么是相等向量和共线向量.在学习物理的过程中,已经知道位移、速度和力这些物理量都是向量,可以合成,而且知道这些矢量的合成都遵循平行四边形法则,这为本课题的引入提供了较好的条件. 培养数学的应用意识是当今数学教育的主题,本节课的内容与实际问题联系紧密,更应强化数学来源于实际又应用于实际的意识.在向量加法的概念中,由于涉及到两个向量有不平行和平行这两种情况,因此有利于渗透分类讨论的数学思想,而在猜测向量加法的运算律时,通过引导学生利用实数加法的运算律进行类比.则能培养学生类比、迁移等能力.在实际教学中,类比数的运算,向量也能够进行运算.运算引入后,向量的工具作用才能得到充分发挥.实际上,引入一个新的量后,考察它的运算及运算律,是数学研究中的基本问题.教师应引导学生体会考察一个量的运算问题,最主要的是认清运算的定义及其运算律,这样才能正确、方便地实施运算.向量的加法运算是通过类比数的加法,以位移的合成、力的合力等两个物理模型为背景引入的.这样做使加法运算的学习建立在学生已有的认知基础上,同时还可以提醒学生注意,由于向量有方向,因此在进行向量运算时,不但要考虑大小问题,而且要考虑方向问题,从而使学生体会向量运算与数的运算的联系与区别.这样做,有利于学生更好地把握向量加法的特点.三维目标1.通过经历向量加法的探究,掌握向量加法概念,结合物理学实际理解向量加法的意义.能熟练地掌握向量加法的平行四边形法则和三角形法则,并能作出已知两向量的和向量.2.在应用活动中,理解向量加法满足交换律和结合律及表述两个运算律的几何意义.掌握有特殊位置关系的两个向量的和,比如共线向量、共起点向量、共终点向量等.3.通过本节内容的学习,让学生认识事物之间的相互转化,培养学生的数学应用意识,体会数学在生活中的作用.培养学生类比、迁移、分类、归纳等能力.重点难点教学重点:向量加法的运算及其几何意义.教学难点:对向量加法法则定义的理解.课时安排1课时教学过程导入新课 思路1.(复习导入)上一节,我们一起学习了向量的有关概念,明确了向量的表示方法,了解了零向量、单位向量、平行向量、相等向量等概念,并接触了这些概念的辨析判断.另外,向量和我们熟悉的数一样也可以进行加减运算,这一节,我们先学习向量的加法. 思路2.(问题导入)2004年大陆和台湾没有直航,因此春节探亲,要先从台北到香港,再从香港到上海,这两次位移之和是什么?怎样列出数学式子？一位同学按以下的命令进行活动:向北走20米,再向西走15米,再向东走5米,最后向南走10米,怎样计算他所在的位置?由此导入新课.推进新课新知探究提出问题数能进行运算,向量是否也能进行运算呢？类比数的加法,猜想向量的加法,应怎样定义向量的加法？猜想向量加法的法则是什么?与数的运算法则有什么不同?图1 活动:向量是既有大小、又有方向的量,教师引导学生回顾物理中位移的概念,位移可以合成,如图1.某对象从a点经b点到c点,两次位移、的结果,与a点直接到c点的位移结果相同.力也可以合成,老师引导,让学生共同探究如下的问题: 图2(1)表示橡皮条在两个力的作用下,沿着gc的方向伸长了eo；图2(2)表示撤去f1和f2,用一个力f作用在橡皮条上,使橡皮条沿着相同的方向伸长相同的长度.图2改变力f1与f2的大小和方向,重复以上的实验,你能发现f与f1、f2之间的关系吗?力f对橡皮条产生的效果与力f1与f2共同作用产生的效果相同,物理学中把力f叫做f1与f2的合力. 合力f与力f1、f2有怎样的关系呢?由图2(3)发现,力f在以f1、f2为邻边的平行四边形的对角线上,并且大小等于平行四边形对角线的长. 数的加法启发我们,从运算的角度看,f可以认为是f1与f2的和,即位移、力的合成看作向量的加法.讨论结果:向量加法的定义:如图3,已知非零向量a、b,在平面内任取一点a,作=a,=b,则向量叫做a与b的和,记作a+b,即a+b=+=.图3求两个向量和的运算,叫做向量的加法.向量加法的法则:1向量加法的三角形法则 在定义中所给出的求向量和的方法就是向量加法的三角形法则.运用这一法则时要特别注意“首尾相接”,即第二个向量要以第一个向量的终点为起点,则由第一个向量的起点指向第二个向量的终点的向量即为和向量.0 位移的合成可以看作向量加法三角形法则的物理模型. 2向量加法的平行四边形法则图4 如图4,以同一点o为起点的两个已知向量a、b为邻边作平行四边形,则以o为起点的对角线就是a与b的和.我们把这种作两个向量和的方法叫做向量加法的平行四边形法则.力的合成可以看作向量加法的物理模型.提出问题对于零向量与任一向量的加法,结果又是怎样的呢？两共线向量求和时,用三角形法则较为合适.当在数轴上表示两个向量时,它们的加法与数的加法有什么关系？思考|a+b|,|a|,|b|存在着怎样的关系？数的运算和运算律紧密联系,运算律可以有效地简化运算.类似地,向量的加法是否也有运算律呢? 活动:观察实际例子,教师启发学生思考,并适时点拨,诱导,探究向量的加法在特殊情况下的运算,共线向量加法与数的加法之间的关系.数的加法满足交换律与结合律,即对任意a,br,有a+b=b+a,(a+b)+c=a+(b+c).任意向量a,b的加法是否也满足交换律和结合律?引导学生画图进行探索.讨论结果:对于零向量与任一向量,我们规定a+0=0+a=a.两个数相加其结果是一个数,对应于数轴上的一个点;在数轴上的两个向量相加,它们的和仍是一个向量,对应于数轴上的一条有向线段.当a,b不共线时,|a+b|a|+|b|(即三角形两边之和大于第三边);当a,b共线且方向相同时,|a+b|=|a|+|b|;当a,b共线且方向相反时,|a+b|=|a|-|b|(或|b|-|a|).其中当向量a的长度大于向量b的长度时,|a+b|=|a|-|b|;当向量a的长度小于向量b的长度时,|a+b|=|b|-|a|.一般地,我们有|a+b|a|+|b|.如图5,作=a,=b,以ab、ad为邻边作abcd,则=b,=a.因为=+=a+b,=+=b+a,所以a+b=b+a.如图6,因为=+=(+)+=(a+b)+c,=+=+(+)=a+(b+c),所以(a+b)+c=a+(b+c).综上所述,向量的加法满足交换律和结合律.图5 图6应用示例思路1例1 如图7,已知向量a、b,求作向量a+b. 活动:教师引导学生,让学生探究分别用向量加法的三角形法则和平行四边形法则作两个向量的和向量.在向量加法的作图中,学生体会作法中在平面内任取一点o的依据它体现了向量起点的任意性.在向量作图时,一般都需要进行向量的平移,用平行四边形法则作图时应强调向量的起点放在一起,而用三角形法则作图则要求首尾相连. 图7 图8 图9解:作法一:在平面内任取一点o(如图8),作=a,=b,则=a+b.作法二:在平面内任取一点o(如图9),作=a,=b.以oa、ob为邻边作oacb,连接oc,则=a+b.变式训练化简:(1)+;(2)+;(3)+. 活动:根据向量加法的交换律使各向量首尾顺次相接,再运用向量加法的结合律调整运算顺序,然后相加.解:(1)+=+=.(2)+=+=(+)+=+=0.(3)+fa=+=+=+=+=0. 点评:要善于运用向量的加法的运算法则及运算律来求和向量.例2 长江两岸之间没有大桥的地方,常常通过轮渡进行运输.如图10所示,一艘船从长江南岸a点出发,以5 km/h的速度向垂直于对岸的方向行驶,同时江水的速度为向东2 km/h.(1)试用向量表示江水速度、船速以及船实际航行的速度(保留两个有效数字);(2)求船实际航行的速度的大小与方向(用与江水速度间的夹角表示,精确到度). 图10 图11 活动:本例结合一个实际问题说明向量加法在实际生活中的应用.这样的问题在物理中已有涉及,这里是要学生能把它抽象为向量的加法运算,体会其中应解决的问题是向量模的大小及向量的方向(与某一方向所成角的大小).引导点拨学生正确理解题意,将实际问题反映在向量作图上,从而与初中学过的解直角三角形建立联系.解:如图11所示,表示船速,表示水速,以ad、ab为邻边作abcd,则表示船实际航行的速度.(2)在rtabc中,|=2,|=5,所以|=5.4.因为tancab=,由计算器得cab=70.答:船实际航行速度的大小约为5.4 km/h,方向与水的流速间的夹角为70. 点评:用向量法解决物理问题的步骤为:先用向量表示物理量,再进行向量运算,最后回扣物理问题,解决问题.变式训练用向量方法证明对角线互相平分的四边形是平行四边形.图12 活动:本题是一道平面几何题,如果用纯几何的方法去思考,问题不难解决,如果用向量法来解,不仅思路清晰,而且运算简单.将互相平分利用向量表达,以此为条件推证使四边形为平行四边形的向量等式成立.教师引导学生探究怎样用向量法解决几何问题,并在解完后总结思路方法.证明:如图12,设四边形abcd的对角线ac、bd相交于点o,=+,=+.ac与bd互相平分,=,=,=,因此且|=|,即四边形abcd是平行四边形. 点评:证明一个四边形是平行四边形时,只需证明=或=即可.而要证明一个四边形是梯形,需证明与共线,且|.思路2例3 如图13,o为正六边形abcdef的中心,作出下列向量:(1)+;(2)+;(3)+. 活动:教师引导学生由向量的平行四边形法则(三角形法则)作出相应的向量.教师一定要让学生亲自动手操作,对思路不清的学生教师适时地给予点拨指导.图13解:(1)因四边形oabc是以oa、oc为邻边的平行四边形,ob是其对角线,故+=.(2)因=,故+与方向相同,长度为的长度的2倍,故+=.(3)因=,故+=+=0. 点评:向量的运算结合平面几何知识,在长度和方向两个方面做文章.应深刻理解向量的加、减法的几何意义.例2 在长江的某渡口处,江水以12.5 km/h的速度向东流,渡船的速度是25 km/h,渡船要垂直地渡过长江,其航向应如何确定？活动:如图14,渡船的实际速度、船速与水速应满足+=.图14解:设表示水流速度,表示渡船的速度,表示渡船实际垂直过江的速度,以ab为一边,ac为对角线作平行四边形,就是船的速度.在rtacd中,acd=90,|=|=12.5,|=25,cad=30.答:渡船的航向为北偏西30.点评:根据题意画出草图,是解决问题的关键.变式训练 已知o是四边形abcd内一点,若+=0,则四边形abcd是怎样的四边形?点o是四边形的什么点? 活动:要判断四边形的形状就必须找出四边形边的某些关系,如平行、相等等;而要判断点o是该四边形的什么点,就必须找到该点与四边形的边或对角线的关系.图15解:如图15所示,设点o是任一四边形abcd内的一点,且+=0,过a作aeod,连结ed,则四边形aedo为平行四边形,设oe与ad的交点为m,过b作bfoc,则四边形bocf为平行四边形,设of与bc的交点为n,于是m、n分别是ad、bc的中点.+=0,+=+=,+=+=,+=0,即与的长度相等,方向相反.m、o、n三点共线,即点o在ad与bc的中点连线上.同理,点o也在ab与dc的中点连线上.点o是四边形abcd对边中点连线的交点,且该四边形可以是任意四边形.知能训练课本本节练习.解答:1.直接在教科书上据原图作(此处从略).2.直接在教科书上据原图作(此处从略).3.(1)；(2).点评:在向量的加法中要注意向量箭头的方向.4.(1)c；(2)f；(3)f；(4)g.点评:通过填空,使学生得出首尾相接的几个向量的求和规律.课堂小结1.先由学生回顾本节学习的数学知识:向量的加法定义,向量加法的三角形法则和平行四边形法则,向量加法满足交换律和结合律,几何作图,向量加法的实际应用.2.教师与学生一起总结本节学习的数学方法:特殊与一般,归纳与类比,数形结合,分类讨论,特别是通过知识迁移类比获得新知识的过程与方法.这种迁移类比的方法将把我们引向数学的王国,科学的殿堂.作业如图16所示,已知矩形abcd中,|=4,设=a,=b,=c,试求向量a+b+c的模.图16解:过d作ac的平行线,交bc的延长线于e,deac,adbe.四边形adec为平行四边形.=,=.于是a+b+c=+=+=+=2,|a+b+c|=2|=8.点评:求若干个向量的和的模(或最值)的问题通常按下列步骤进行:(1)寻找或构造平行四边形,找出所求向量的关系式;(2)用已知长度的向量表示待求向量的模,有时还要利用模的重要性质.设计感想1.本节内容是向量的加法,运算法则有三角形法则和平行四边形法则,而两个法则的运用有各自的条件:三角形法则适合于首尾顺次相接的两向量相加,对于共线向量的加法仍然适合；而平行四边形法则适合于两个同起点的向量相加,对于共线向量却不能用此法解决.三角形法则可以推广到多个首尾顺次相接的向量的加法.2.本节要求使用多媒体辅助教学,便于直观、生动地揭示向量加法的概念,突破难点,提高效率,因为本节解决问题的方法主要是借助图形,采用数形结合的思想方法.多让学生动手画图,识图,让学生在动态中经历和体会概念的形成过程.让学生自己类比、猜想、发现及应用新知识解决问题.备课资料备用习题1.已知正方形abcd的边长为1,=a,=c,=b,则|a+b+c|为( )a.0 b.3 c. d.22.设a=(+)+(+),b是任一非零向量,则下列结论中正确的为( )ab;a+b=a;a+b=b;|a+b|b|,则a+b与a的方向_,且|a+b|_|a|-|b|.4.如图17所示,已知正方体abcda1b1c1d1,设=a,=b,=c,则=_.(用a、b、c表示)图175.某人在静水中游泳,速度为4 km/h,如果他径直游向对岸,水流速度为4 km/h,则他实际以多大的速度沿何方向游?6.在中心为o的正八边形a1a2a8中,a0=,ai=(i=1,2,7),bj=j(j=1,2,8),试化简a2+a5+b2+b5+b7.7.已知abc为直角三角形,a=90,adbc于d,求证:|2=|+|2+|+|2.参考答案:1.d 2.c 3.(1)相同 = (2)相同 = 4.a+b+c5.如图18所示,设此人在静水中的游泳速度为,水流速度为,则=+为此人的实际速度,易求得|=8 km/h,coa=60.图18答:此人沿与河岸的夹角为60顺着水流的方向前进,速度大小为8 km/h.6.如图19所示,+=0,a2+a5+b2+b5+b7=+2+5+7=(2+)+(5+)+7=6=b6. 图19 图207.如图20所示,以db、da为邻边作adbe,于是+=.|=|,|+|=|.同理可得|+|=|.在rtabc中,由勾股定理,得|2=|+|2+|+|2.(设计者:沈献宏)2.2.2 向量减法运算及其几何意义整体设计教学分析 向量减法运算是加法的逆运算.学生在理解相反向量的基础上结合向量的加法运算掌握向量的减法运算.因此,类比数的减法(减去一个数等于加上这个数的相反数),首先引进相反向量的概念,然后引入向量的减法(减去一个向量,等于加上这个向量的相反向量),通过向量减法的三角形法则和平行四边形法则,结合一定数量的例题,深刻理解向量的减法运算.通过阐述向量的减法运算,可以转化为向量加法运算,渗透化归的数学思想,使学生理解事物之间的相互转化、相互联系的辨证思想,同时由于向量的运算能反映出一些物理规律,从而加强了数学学科与物理学科之间的联系,提高学生的应用意识.三维目标1.通过探究活动,使学生掌握向量减法概念,理解两个向量的减法就是转化为加法来进行,掌握相反向量.2.启发学生能够发现问题和提出问题,善于独立思考,学会分析问题和创造地解决问题.能熟练地掌握用三角形法则和平行四边形法则作出两向量的差向量.重点难点教学重点:向量的减法运算及其几何意义.教学难点:对向量减法定义的理解.课时安排1课时教学过程导入新课 思路1.(问题导入)上节课,我们定义了向量的加法概念,并给出了求作和向量的两种方法.由向量的加法运算自然联想到向量的减法运算:减去一个数等于加上这个数的相反数.向量的减法是否也有类似的法则呢?引导学生进一步探究,由此展开新课. 思路2.(直接导入)数的减法运算是加法运算的逆运算.本节课,我们继续学习向量加法的逆运算减法.引导学生去探究、发现.推进新课新知探究提出问题向量是否有减法？向量进行减法运算,必须先引进一个什么样的新概念？如何理解向量的减法？向量的加法运算有平行四边形法则和三角形法则,那么,向量的减法是否也有类似的法则？ 活动:数的减法运算是数的加法运算的逆运算,数的减法定义即减去一个数等于加上这个数的相反数,因此定义数的减法运算,必须先引进一个相反数的概念.类似地,向量的减法运算也可定义为向量加法运算的逆运算.可类比数的减法运算,我们定义向量的减法运算,也应引进一个新的概念,这个概念又该如何定义?引导学生思考,相反向量有哪些性质?由于方向反转两次仍回到原来的方向,因此a和-a互为相反向量.于是-(-a)=a.我们规定,零向量的相反向量仍是零向量.任一向量与其相反向量的和是零向量,即a+(-a)=(-a)+a=0.所以,如果a、b是互为相反的向量,那么a=-b,b=-a,a+b=0.(1)平行四边形法则图1如图1,设向量=b,=a,则=-b,由向量减法的定义,知=a+(-b)=a-b.又b+=a,所以=a-b.由此,我们得到a-b的作图方法.图2(2)三角形法则如图2,已知a、b,在平面内任取一点o,作=a,=b,则=a-b,即a-b可以表示为从b的终点指向a的终点的向量,这是向量减法的几何意义.讨论结果:向量也有减法运算.定义向量减法运算之前,应先引进相反向量.与数x的相反数是-x类似,我们规定,与a长度相等,方向相反的量,叫做a的相反向量,记作-a.向量减法的定义.我们定义a-b=a+(-b),即减去一个向量相当于加上这个向量的相反向量.规定:零向量的相反向量是零向量.向量的减法运算也有平行四边形法则和三角形法则,这也正是向量的运算的几何意义所在,是数形结合思想的重要体现.提出问题上图中,如果从a的终点到b的终点作向量,那么所得向量是什么?改变上图中向量a、b的方向使ab,怎样作出a-b呢?讨论结果:=b-a.略.应用示例如图3(1),已知向量a、b、c、d,求作向量a-b,c-d.图3 活动:教师让学生亲自动手操作,引导学生注意规范操作,为以后解题打下良好基础;点拨学生根据向量减法的三角形法则,需要选点平移作出两个同起点的向量.作法:如图3(2),在平面内任取一点o,作=a,=b,=c,=d.则=a-b,=c-d.变式训练 (2006上海高考) 在abcd中,下列结论中错误的是( )a.= b.ad+= c.-ad=bd d.ad+=0分析:a显然正确,由平行四边形法则可知b正确,c中,-=错误,d中,+=+=0正确.答案:c例2 如图4,abcd中, =a,=b,你能用a、b表示向量、吗?图4 活动:本例是用两个向量表示几何图形中的其他向量,这是用向量证明几何问题的基础.要多注意这方面的训练,特别要掌握用向量表示平行四边形的四条边与两条对角线的关系.解:由向量加法的平行四边形法则,我们知道=a+b,同样,由向量的减法,知=-=a-b.变式训练1.(2005高考模拟) 已知一点o到abcd的3个顶点a、b、c的向量分别是a、b、c,则向量等于( )a.a+b+c b.a-b+c c.a+b-c d.a-b-c图5解析:如图5,点o到平行四边形的三个顶点a、b、c的向量分别是a、b、c,结合图形有=+=+=+-=a-b+c.答案:b2.若=a+b,=a-b.当a、b满足什么条件时,a+b与a-b垂直？当a、b满足什么条件时,|a+b