8年级下册苏科版数学 用反比例函数解决问题 第2课时 逐字稿-3,398字
师:同学们,今天我们学习用反比例函数解决问题。某报报道,一村民在清理鱼塘时被困淤泥中,消防队员以门板作船,在泥沼中救人。根据生活经验,我们知道,消防队员以门板作船在泥沼中救人时,门板面积越小,越容易陷入泥沼;门板面积越大,越难以陷入泥沼。
从物理学知识可知,当人和门板对淤泥的压力$f$牛顿确定时,人和门板对淤泥的压强$p$(帕斯卡)与门板面积$s$(平方米)成反比例函数关系,即$p = \frac{f}{s}$。基于这个实际情境,我们来设计一些问题。
如果人和门板对淤泥地面的压力合计$900$牛,设人和门板对淤泥的压强为$p$(帕斯卡),门板面积为$s$(平方米),则$p = \frac{900}{s}$。若门板面积是$3$平方米,即$s = 3$平方米,将其代入关系式,可求出$p$的值。把$s = 3$代入$p = \frac{900}{s}$,得$p = \frac{900}{3} = 300$,所以人和门板对淤泥的压强是$300$帕斯卡。
第二个问题,若淤泥承受的压强不能超过$600$帕斯卡,求门板面积至少要多大。已知$p$不能超过$600$帕斯卡,即$p \leq 600$帕斯卡,现在要求面积的取值范围。由第一问可知$p = \frac{900}{s}$,把$p = 600$代入关系式$p = \frac{900}{s}$,得到$600 = \frac{900}{s}$,从而求得$s = 1.5$。这个$s = 1.5$是不是条件中“至少”的值呢?根据反比例函数的性质,$p$随着$s$的增大而减小。当$p \leq 600$帕斯卡时,$s$应该是大于等于$1.5$,所以门板面积至少要$1.5$平方米。这里我们先根据函数表达式求出对应的自变量的值,再根据函数的性质得到自变量的取值范围,从而解决问题。大家思考一下,还有其他方法解决该问题吗?
我们先求出临界值,将$p = 600$代入函数关系式,求出$s = 1.5$。关键是要确定这个$s = 1.5$是不是最小值。考虑到函数的特殊性,我们可以画出$p$和$s$的函数图像。画出图像后会发现,随着$s$的增大,$p$的值在变小,于是可以得到点$(1.5, 600)$。要使$p \leq 600$帕斯卡,对应的函数图像应该是在点$(1.5, 600)$右侧的部分,那么对应的$s$的范围就是$s \geq 1.5$。由此观察图像可知,当$p \leq 600$时,$s \geq 1.5$,所以门板面积至少要$1.5$平方米。本题根据函数表达式求自变量的值,然后观察函数图像,依据因变量的取值范围得到自变量的取值范围,从而解决问题。
在日常生活、生产活动中,反比例函数有着广泛的应用。比如,为什么使劲踩气球会爆炸呢?在温度不变的情况下,气球内气体的压强与它的体积呈反比例函数关系。使劲踩气球,气球内气体体积变小,压强增大到足够大时,气球就会爆炸。根据这个知识,我们来设计一个数学问题。某气球内充满了一定质量的气体,在温度不变的条件下,气球内气体的压强$p$(帕斯卡)是气球体积$v$的反比例函数。当$v = 1.5$立方米时,$p = 16000$帕斯卡。这样我们就可以求出这个反比例函数关系式。现在提出问题:当$v = 1.2$立方米时,求$p$的值,也就是给出自变量的值求因变量的值,显然只要将$v = 1.2$代入函数关系式就能求出因变量$p$的值。
解:设$p$与$v$的函数表达式为$p = \frac{k}{v}$($k$为常数,$k \neq 0$)。把$p = 16000$,$v = 1.5$代入$p = \frac{k}{v}$,得到$16000 = \frac{k}{1.5}$,解得$k = 24000$。当$v = 1.2$时,将$v = 1.2$代入函数关系式$p = \frac{24000}{v}$,得到$p = \frac{24000}{1.2} = 20000$。本题中,当函数表达式已知时,若自变量确定,则可以求出因变量;若因变量确定,也可以求出自变量,其本质就是以函数表达式为等量关系建立方程,从而解决问题。