扇形(sector)是圆的一片。弧长是沿着弯曲边缘的距离,扇形面积是这一片里面的区域。两者都取整圆的 θ/360,但出发点不同:弧长从圆周 2πr 出发,扇形面积从圆面积 πr² 出发。
这一课属于面积、周长与表面积单元,建立在分解复合图形之上,因为扇形常常是更大图形的一部分。
怎样把两条公式分开?
先问:答案量的是什么?沿着曲线的距离是长度,所以用圆周公式,单位没有平方。一个区域是面积,所以用 πr²,单位要平方。
- 弧长 = θ/360 × 2πr
- 扇形面积 = θ/360 × πr²
- 扇形周长 = 弧长 + 2r
三者的分数 θ/360 相同,只有整圆的那个量不同。
步骤
- 读清楚要求什么:长度、面积还是周长。
- 写出分数 θ/360,能约分就约分。
- 写出对应的整圆量:2πr 或 πr²。
- 相乘,保留计算器的完整数值。
- 求周长时,在弧长上加两条半径。
- 最后才取近似,并检查单位。
例题
一个扇形半径 9 cm,角度 140°。求弧长、面积和周长。
分数: 140/360 = 7/18。
弧长: 7/18 × 2 × π × 9 = 7/18 × 56.55 = 21.99,即 22.0 cm(3 位有效数字)。
扇形面积: 7/18 × π × 9² = 7/18 × 254.47 = 98.96,即 99.0 cm²(3 位有效数字)。
周长: 弧 + 两条半径 = 21.99 + 9 + 9 = 39.99,即 40.0 cm(3 位有效数字)。
检验。 140° 略小于半圆。半个圆周约 28.3 cm,而弧长是 22.0 cm,比它小,符合预期。
要留意的错误
题目要弯曲的长度,有同学却用了面积公式。
错误答案: 弧长 = 140/360 × π × 9² = 99.0 cm
这其实是扇形面积,只是被加上了长度单位,单位本身就暴露了错误。
改正的办法是:任何弯曲的长度都用 2πr,也就是圆周。另一个常见失误是把 21.99 cm 当作周长,忘了两条直边。
自我检测
1. 一个扇形半径 6 cm,角度 60°。求弧长和面积。
显示答案
分数 = 60/360 = 1/6。弧长 = 1/6 × 2π × 6 = 2π = 6.283,即 6.28 cm。面积 = 1/6 × π × 36 = 6π = 18.85,即 18.8 cm²。
2. 半径 10 cm 的扇形,弧长为 5π cm。求角度。
显示答案
5π = θ/360 × 2π × 10 = θ/360 × 20π。两边除以 π:5 = θ × 20/360,所以 θ = 5 × 360 ÷ 20 = 90°。
3. 求半径 8 cm 的四分之一圆的周长。
显示答案
弧长 = ¼ × 2π × 8 = 4π = 12.57。加上两条半径:12.57 + 16 = 28.57,即 28.6 cm。
接下来学什么
从平面的曲线图形进入立体:展开棱柱求表面积。在综合练习里试做扇形题,答案保留 π 时可用免计算器演算训练器练习。
公式都会背,却常常选错?线上一对一数学补习的老师会问你为什么这样选,从原理上帮你分清弧长、面积和周长。