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相似的应用:测高与测距

九年级下册 · 人教版 · 第二十七章 · 知识点 07 / 7

讲解

测旗杆多高,不必爬上去:立一根杆,量两个影长,比例一列就出来。太阳离得极远,同一时刻的光线可视为平行——平行给同位角,地面给直角,AA 相似成立,物高与影长的比恒定。

镜面反射是另一个经典工具:把镜子平放在地上,人退后到刚好能从镜子里看到塔顶。入射角等于反射角,视线与镜面的夹角和塔顶视线与镜面的夹角相等,加上「人与塔都垂直于地面」,AA 相似成立——人高 : 人到镜距离 = 塔高 : 镜到塔距离。

  1. 影长法:h₁/s₁ = H/s₂(同一时刻是前提)
  2. 镜面法:人高/人到镜距 = 塔高/镜到塔距(反射角相等给等角)
  3. 标杆法:人眼、标杆顶、塔顶三点共线,用两次相似求塔高
  4. 影长落在墙上:先假想墙不存在,影延伸到墙脚,再用「墙上那段的实际高度 = 人高 × (墙上影长/人影长)」修正

这一节和上一章的解直角三角形是姐妹篇:三角函数用「角度 + 一条边」测高,相似用「两条影子」测高——不需要量角器,只需要卷尺。实际工程里两种方法常常互相校核。

现实里能做什么

泰勒斯量金字塔

公元前 600 年,泰勒斯在埃及用一根棍子量出了金字塔的高度:等到棍子的影长恰好等于棍长时,金字塔的影长也恰好等于它的高(地面是平的这一部分),再加上金字塔底边的一半(影子里被塔身压住的那段),高度就出来了。这是相似三角形最早的著名应用——两千六百年前没有计算器,靠的是「同一时刻、比值不变」。

知识要点

  • 同一时刻:物高 : 影长 = 定值,h₁/s₁ = h₂/s₂(光线平行 → AA 相似)
  • 镜面反射:入射角 = 反射角 ⇒ 视线与地面的两个角相等 → AA 相似
  • 测不到的量放进「大三角形」,测得到的放进「小三角形」,比例一列就解
  • 单位必须统一;影长落在墙上要先虚拟延伸到地面再修正

典型例题(点击展开题解)

例 1同一时刻,1.6 m 高的同学影长为 2 m。教学楼的影子有一段落在矮墙上:…
同一时刻,1.6 m 高的同学影长为 2 m。教学楼的影子有一段落在矮墙上:地面影长 12 m,墙上的影高 2 m。求楼高。
  1. 先由人影求「比例系数」(即太阳光线倾斜程度的 tan 值):
    1.6/2 = 0.8
  2. 关键一步:假想墙不存在,墙上的 2 m 影「延伸」到地面。延长影长 = 墙上影高 ÷ 0.8:
    2 ÷ 0.8 = 2.5 m
  3. 虚拟全长影:
    12 + 2.5 = 14.5 m
  4. 楼高 = 虚拟全长影 × 0.8(等价于 12×0.8 + 2):
    H = 14.5 × 0.8 = 11.6 m
  5. 公式化:楼高 = 地面影 × 比例 + 墙上影高。因为被墙挡住的那段影子,对应的楼身高度就是墙上影的高度,剩下部分才按地面比例缩放。
H = 12 × 0.8 + 2 = 11.6 m。墙上影不能直接加进地面影长(一个竖直一个水平),要按比例折算成地面延长影再加回墙上那段对应的楼身高度。

这个知识点出现在哪些题型里

前置知识

相似三角形的判定