导入新课

情境引入

生活中我们可以看到很多抛物线形的物体或运动轨迹,比如拱桥、喷泉等

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如图是二次函数的图象,现在请你根据给出的坐标系的位置,说出这个二次函数的解析式类型.

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利用二次函数解决抛物线形实物问题

问题引入

如图是抛物线形拱桥,当拱顶离水面 2 m 时,水面宽 4 m. 水面下降 1 m,水面宽度增加多少?

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你能想出办法来求吗?

建立函数模型

这是什么样的函数呢?

拱桥的纵截面是抛物线,所以应当是个二次函数。

合作探究

问题1  怎样建立直角坐标系比较简单呢?

以拱顶为原点,抛物线的对称轴为y 轴,建立直角坐标系,如图.

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问题2   从图看出,什么形式的二次函数,它的图象是这条抛物线的位置呢?

由于顶点坐标是 (0,0),因此这个二次函数的形式为

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问题3  如何确定 a 的值是多少?

已知水面宽 4 m 时,拱顶离水面高 2 m,因此点 A (2,-2) 在抛物线上,由此得出

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因此, y=-1/2×2      ,其中|x|是水面宽度的一半,y 是拱顶离水面高度的相反数,这样我们就可以了解到水面宽度变化时,拱顶离水面高度怎样变化.

问题 4  水面下降 1 m,水面宽度增加多少?

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知识要点 建立二次函数模型解决实际问题的基本步骤是什么?

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典例精析

例1  如图,隧道的截面由抛物线和长方形构成,长方形 OABC 的长是 12 m,宽是 4 m,按照图中所示的平面直角坐标系,抛物线可以用 

y= − 1/6  x2 + 2x + c 表示.

  (1)请写出该抛物线的函数解析式;

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(2) 一辆货运汽车载一长方体集装箱后高为 6 m,宽为 4 m,如果隧道内设双向行车道,那么这辆货车能否安全通过?

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由题意得货运汽车最外侧与地面 OA 的交点坐标为 (2,0) 或 (10,0),

当 x=2 或 x=10 时,y= 22/3>6,这辆货车能安全通过.

(3)在抛物线形拱壁上需要安装两排灯,使它们离地面的高度相等.如果灯离地面的高度不超过 8 m,那么两排灯的水平距离最小是多少米?

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变式   如图,施工队要修建一个横断面为抛物线的隧道,OM 宽度为 16 米,其顶点 P 到 OM 的距离为 8 米.图片

(1) 请建立适当的平面直角坐标系,并求出这条抛物线的函数解析式;

解:如图,以 O 为原点建立平面直角坐标系,易得抛物线的顶点坐标为 (8,8).

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将点 (0,0) 代入上式,得 0=64a + 8,

解得

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(2) 隧道下的公路是双向行车道 (正中间是一条宽 1 米的隔离带),其中的一条行车道能否行驶宽 3.5 米、高5.8 米的特种车辆?请通过计算说明.

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解:由题意得车沿着隔离带边沿行驶时,车最左侧与边沿处的距离 x=7.5 − 3.5=4.

当 x=4 时,y=6,允许的最大高度为 6 米

而 5.8<6,故该车辆能通行. 但是车顶与隧道间距很小,需小心行驶.

利用二次函数解决抛物线形运动轨迹问题

例2  某广场喷泉的喷嘴安装在平地上.有一喷嘴喷出的水流呈抛物线状,喷出的水流高度 y (m)与喷出水流离喷嘴的水平距离 x (m) 之间满足

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即喷嘴喷出水流的最远距离为 4 m.

变式  某公园要建造圆形喷水池,在水池中央垂直于水面处安装一个柱子 OA,O 恰在水面中心,OA = 1.25 m,由柱子顶端 A 处的喷头向外喷水,水流在各个方向沿形状相同的抛物线落下,为使水流形状较为漂亮,要求设计成水流在离 OA 距离为 1 m 处达到距水面最大高度 2.25 m.如果不计其它因素,那么水池的半径至少要多少才能使喷出的水流不致落到池外?

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设右边抛物线的解析式为 y = a (x – 1)2 + 2.25,代入点 A 的坐标,可得 a = – 1,故 y = – (x – 1)2 + 2.25.

当 y = 0 时,可求得点 C 的坐标为 (2.5,0);

同理,可求得点 D 的坐标为 (-2.5,0).

根据对称性,如果不计其它因素,那么水池的半径至少要 2.5 m,才能使喷出的水流不致落到池外.