Sáng kiến kinh nghiệm Một số kinh nghiệm xác định nhanh góc giữa đường thẳng và mặt phẳng

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA
TRƯỜNG THPT TĨNH GIA 2
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
MỘT SỐ KINH NGHIỆM XÁC ĐỊNH NHANH GÓC 
GIỮA ĐƯỜNG THẲNG VÀ MẶT PHẲNG
Người thực hiện: Nguyễn Thị Thúy Hằng
Chức vụ: Giáo Viên
SKKN thuộc môn: Toán 
THANH HÓA NĂM 2019
MỤC LỤC
Trang
1. Mở đầu
1.1 Lý do chọn đề tài.
Góc giữa đường thẳng và mặt phẳng, thể tích khối đa diện là các bài toán thường gặp trong các kỳ thi tốt nghiệp THPT quốc gia . Rèn luyện cho học sinh có kỹ năng xác định góc nhanh chóng là nhiệm vụ đặc biệt quan trọng.
 Trong quá trình dạy học hình học không gian nói chung và dạy bài tập về tính góc giữa đường thẳng và mặt phẳng trong chương trình toán 11 cơ bản nói riêng học sinh thường lung túng, dễ nhầm lẫn và mất thời gian khi xác định góc giữa đường thẳng và mặt phẳng. Vì vậy, để giúp các em tự tin hơn, tôi có rút ra “Một số kinh nghiệm xác định nhanh góc giữa đường thẳng và mặt phẳng” trong một số trường hợp từ những bài toán đơn giản nhằm giúp các em học sinh lớp 11 xác định góc giữa đường thẳng và mặt phẳng dễ dàng và nhanh chóng hơn. Đồng thời là nền tảng cho việc tính thể tích khối đa diện trong chương trình toán 12 ở một số bài toán thường gặp. Vì nếu các em không xác định được góc giữa đường thẳng và mặt phẳng thì có thể dẫn tới không giải quyết được bài toán thể tích khối đa diện trong một số trường hợp. Qua quá trình thực hiện tôi thấy từ phương pháp này giúp các em giải quyết bài toán liên quan đến tính thể tích khối đa diện một cách dễ dàng hơn và từ đó học sinh sẽ hứng thú hơn với bộ môn hình học không gian.
1.2 Mục đích nghiên cứu: 
+ Nghiên cứu đề tài nhằm rút ra một số kinh nghiệm xác định nhanh góc giữa đường thẳng và mặt phẳng nhằm giúp các em học sinh rút ngắn thời gian làm các bài tập về góc và thể tích khối đa diện.
+ Trên cơ sở những kinh nghiệm của bản thân, cùng với những trao đổi với đồng nghiệp để tìm ra các giải pháp hữu hiệu vận dụng trong quá trình hướng dẫn học sinh giải bài tập về góc. Góp phần nâng cao chất lượng dạy học hình không gian.
1.3 Đối tượng nghiên cứu:
Các bài toán về tính góc và tính thể tích khối đa diện.
1.4 Phương pháp nghiên cứu: 
+ Xây dựng cơ sở lí thuyết.
 + Khảo sát thực tế.
 + Phương pháp phân tích, suy luận, tổng hợp, so sánh
2. Nội dung sáng kiến kinh nghiệm
2.1. Cơ sở lý luận của sáng kiến kinh nghiệm
2.1.1Khái niệm góc giữa đường thẳng và mặt phẳng
Khái niệm Cho đường thẳng d và mặt phẳng (α).
+ Trường hợp đường thẳng d vuông góc với mặt phẳng (α) thì ta nói rằng góc giữa đường thẳng d và mặt phẳng (α) bằng 900.
+ Trường hợp đường thẳng d không vuông góc với mặt phẳng (α) thì góc giữa d và hình chiếu d’ của nó trên (α) gọi là góc giữa đường thẳng d và mặt phẳng (α). 
Chú ý: 
2.1.2. Xác định góc giữa đường thẳng d và mặt phẳng (α)
+ Nếu đường thẳng d và mp(α) vuông góc thì 
+ Nếu đường thẳng d và mp(α) song song hoặc d Ì(α) thì 
d
 A
 H O
 H.5
φ (
α)
+ Nếu đường thẳng d và mp(α) không song song, d Ë(α), d và mp(α) cũng không vuông góc nhau, khi đó ta xác định góc của chúng theo các bước sau:
Bước 1. Xác định điểm O=dÇ(α).
Bước 2. Trên đường thẳng d ta chọn điểm A (khác O) sao cho ta có thể xác định được hình chiếu H của A trên (α).
Bước 3. Kết luận góc giữa đường thẳng d và (α) chính là góc .
Trên thực tế ta thường gặp trường hợp đường thẳng d và mp(α) cắt nhau. Tuy nhiên việc xác định được hình chiếu H của A trên (α) gây khó khăn đối với các em học sinh hoặc sau khi xác định được hình chiếu các em lại nhầm lẫn trong việc chỉ ra tên của góc đó.
Để khắc phục khó khăn trên trong nội dung sáng kiến này tôi đưa ra công thức chung để học sinh có thể đọc nhanh tên của góc để tránh nhầm lẫn và cách xác định chân đường vuông góc H trong 3 trường hợp thường gặp.
2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm:
Qua giảng dạy bài toán về góc, học sinh thường lúng túng gặp nhiều khó khăn. Kết quả khảo sát khi tôi dạy phần góc giữa đường thẳng và mặt phẳng cho học sinh hai lớp 11A4 và 11A9 (đối tượng học sinh chủ yếu là trung bình và yếu) năm học 2018- 2019 khi chưa áp dụng sáng kiến này.
Đề bài: Cho hình chóp SABCD, có đáy là hình vuông cạnh bằng . Cạnh bên SA vuông góc với đáy.M là trung điểm của BC .
a.Tính góc giữa SC và mặt phẳng (ABCD) 
b.Tính góc giữa SM và mặt phẳng (SAD). 
c.Tính góc giữa SA và mặt phẳng (SBD).
Lớp
Sĩ số
HS làm được câu a
HS làm được câu a,b
HS chỉ làm được 3câu
số lượng
%
số lượng
%
số lượng
%
11A4
40
14
35,00
5
12,50
2
5,00
11A9
44
21
 47,73
9
20,45
3
6,80
Từ kết quả trên tôi nhận thấy tỉ lệ học sinh xác định được góc quá thấp. Điều này khiến bản thân tôi phải trăn trở lựa chọn những phương pháp giảng dạy phù hợp nhằm giúp các học sinh yếu kém nắm lại căn bản để có thể giải được một số bài toán thường gặp, từ đó vận dụng vào các bài toán về thể tích khối đa diện ở lớp 12 để các em có thể đạt kết quả tốt hơn ở kì thi TNTHPTQG.
2.3 Các trường hợp xác định góc giữa đường thẳng và mặt phẳng
Công thức đọc tên góc nhanh:
 Đọc tên góc theo đúng thứ tự: Đỉnh - giao điểm - chân đường cao. 
Trong đó:
+ Giao điểm: là điểm chung giữa đường thẳng và mặt phẳng.
+ Đỉnh: là đầu mút còn lại của đoạn thẳng.
+ Chân vuông góc: chân đường vuông góc hạ từ đỉnh đến mặt phẳng.
2.3.1. Góc giữa cạnh bên và mặt đáy
Trong trường hợp này chân đường cao chính là chân đường cao của hình chóp. Do đó trong đề bài hoặc đã có sẵn chân đường cao hoặc đường cao dễ dàng suy ra từ giả thiết.
Bài toán 1: Cho hình chóp SABCD, có đáy là hình vuông cạnh bằng . Tam giác (SAB) đều và nằm trong mặt phẳng vuông góc với đáy.Tính góc giữa SB và mặt phẳng (ABCD). H,M, N lần lượt là trung điểm của AB,BC và SA.
Xác định góc giữa SC và mặt phẳng (ABCD)
Xác định góc giữa SM và mặt phẳng (ABCD). 
Xác định góc giữa NM và mặt phẳng (ABCD). 
Giải: 
Dễ thấy SH là đường cao của hình chóp. Ta xác định nhanh các góc như sau:
a.+ Giao điểm: 
+ Đỉnh:S(đầu mút còn lại của SC)
+ Chân vuông góc: H (hạ từ đỉnh đến mp(ABCD) suy ra từ giả thiết) 
Suy ra 
( Đọc tên góc đúng thứ tự: Đỉnh- Giao điểm-Chân vuông góc)
b. + Giao điểm: 
 + Đỉnh: S (Đầu mút còn lại của SM).
 + Chân vuông góc: H (hạ từ đỉnh S đến mp(ABCD))
Suy ra 
 c.+ Giao điểm: + Đỉnh:N (đầu mút còn lại của SM)
 + Chân vuông góc: H (hạ từ đỉnh N đến mp(ABCD)).
 Cách dựng: Dựng NK^AB suy ra NK^(ABCD).
 Suy ra 
Ví dụ 1.1: Cho hình chóp SABCD, có đáy là hình vuông cạnh bằng . SA vuông góc với đáy và góc giữa SC và (ABCD) bằng 300. Thể tích chóp SABCD bằng bao nhiêu?
A. 	B. 	C. 	D. 
Giải
Xác định nhanh góc:
 + Giao điểm: 
 + Đỉnh:C ( đầu mút còn lại của SC)
 + Chân vuông góc: A (hạ từ đỉnh đến mp(ABCD) đã có từ giả thiết)
Suy ra 
Xét D SAC vuông tại A, ta có 
 . Chọn A.
Ví dụ 1.2 (Đề thi THPTQG 2018): Cho hình chóp tứ giác đều S.ABCD có tất cả các cạnh bằng a. Gọi M là trung điểm của cạnh SD. Tan của góc giữa BM và mặt phẳng (ABCD) bằng
A. 	 B. 	 C. 	 D. 
Giải: 
Xác định nhanh góc:
+ Giao điểm: 
+ Đỉnh:M (đầu mút còn lại của BM).
+ Chân vuông góc: H hạ từ đỉnh M đến mp(ABCD).
Cách dựng: Dựng MH vuông góc với BD. Suy ra MH ^(ABCD) vì SO^(ABCD).
Suy ra 
+ Chân vuông góc: H hạ từ đỉnh M đến mp(ABCD).
Cách dựng: Dựng MH vuông góc với BD.Suy ra MH ^(ABCD) vì SO^(ABCD).
Suy ra 
Gọi O là giao điểm của AC và BD, G là giao điểm của BM và SO. Ta có G là trọng tâm tam giác SBD. 
. Chọn D.
 2.3.2. Góc giữa cạnh bên và mặt phẳng chứa đường cao
Trong trường hợp này chân đường cao ta xác định như sau: Từ đỉnh dựng đường thẳng vuông góc với chân của mặt đứng.(Giao tuyến của mặt đứng và mặt phẳng đáy).
Bài toán 2: Cho hình chóp SABCD, có đáy là hình chữ nhật. Hai mặt phẳng (SAB) và (SAD) cùng vuông góc với mặt phẳng đáy.
Xác định góc giữa SO và mp(SAB).
Xác định góc giữa SC và mp(SAC).
Giải: 
Từ giả thiết suy ra SA là đường cao của hình chóp. Ta xác định nhanh các góc như sau:
a. 
 + Giao điểm: 
 + Đỉnh:O (đầu mút còn lại của SO) 
 + Chân vuông góc: H .
Cách dựng: Từ O dựng OH vuông góc với chân của mặt bên là AB.
Suy ra 
( Đọc tên góc đúng thứ tự: Đỉnh- Giao điểm-Chân vuông góc)
b. + Giao điểm: 
 + Đỉnh:C (Đầu mút còn lại của SC).
 + Chân vuông góc: H.
Cách dựng: Từ C dựng CH vuông góc với chân của mặt bên là AD. Trường hợp này điểm H trùng với điểm D. Suy ra .
Ví dụ 2.1: Cho hình chóp SABC, có đáy là tam giác đều cạnh bằng . SA vuông góc với đáy và . tan của góc giữa SC và (SAB) bằng bao nhiêu?
A. 	B. 	C. 	D. 
Giải: Xác định góc:
+ Giao điểm: 
+ Đỉnh:C (Đầu mút còn lại của SC)
+ Chân vuông góc: hạ từ đỉnh C đến chân của mặt bên là cạnh AB.
Trong mp(ABC) dựng CH^AB. Vậy 
Vậy . Chọn B.
Ví dụ 2.2 ( Đề thi THPTQG 2018): Cho hình chóp SABCD, có đáy là hình vuông cạnh . SA vuông góc với mặt đáy. SD tạo với mặt phẳng (SAB) một góc bằng 300. Thể tích chóp V của khối chóp SABCD bằng 
A. 	 B. 	 C. 	 D. 
Giải: 
Xác định góc:
+ Giao điểm: 
+ Đỉnh: D.
+ Chân vuông góc: hạ từ đỉnh D đến chân AB của mặt đứng là A.
Suy ra 
 . Chọn đáp án D.
2.3.3. Góc giữa đường cao của hình và mặt bên không chứa đường cao
Trong trường hợp này chân đường vuông góc ta xác định như sau: Từ chân đường cao hình chóp dựng đường thẳng vuông góc với giao tuyến của mặt bên và mặt phẳng đáy.
Bài toán 3: Cho hình chóp SABCD, có đáy là hình vuông. O là giao điểm hai đường chéo AC và BD. Cạnh bên SA vuông góc với mặt phẳng đáy. 
Xác định góc giữa SA và mp(SBC)
Xác định góc giữa SA và mp(SBD)
Giải: 
Ta xác định nhanh các góc như sau:
a.+ Giao điểm: 
 + Đỉnh: A (đầu mút còn lại của SA)
 + Chân vuông góc: H .
Cách dựng: Từ A dựng AH vuông góc với giao tuyến( của mặt bên (SBC) và mặt phẳng đáy) là AB. Ở đây chân vuông góc H trùng với điểm B.
Suy ra 
( Đọc tên góc đúng thứ tự: Đỉnh- Giao điểm-Chân vuông góc).
b. + Giao điểm: 
 + Đỉnh:A(Đầu mút còn lại của SA).
 + Chân vuông góc: H.
Cách dựng: Từ A dựng AH vuông góc với giao tuyến( của mặt bên (SBD) và mặt phẳng đáy) là BD. Ở đây chân vuông góc H chính là điểm O.
Suy ra 
Ví dụ 3.1: Cho hình chóp SABC, có đáy là tam giác đều cạnh bằng . SA vuông góc với đáy và góc giữa SAvà (SBC) bằng 300. Thể tích chóp SABC bằng bao nhiêu?
A. 	B. 	C. 	D. 
Giải:
Xác định góc:
+ Giao điểm: 
+ Đỉnh: A (Đầu mút còn lại của SA).
+ Chân vuông góc: hạ từ đỉnh A đến giao tuyến của mặt bên (SBC) và mặt phẳng đáy là cạnh BC.
Trong mp(ABC) dựng AH^BC. Vậy 
 Xét D SAH vuông tại A, ta có 
 . Chọn C.
Ví dụ 3.2 
Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình chữ nhật cạnh. Cạnh bên SA vuông góc với mp(ABCD).Gọi M là trung điểm cạnh CD, tính cosin của góc tạo bởi SA và mp(SBM) biết 
 A. 	 B. 	 C. 	 D. 
Giải:
Xác định góc:
+ Giao điểm: .
+ Đỉnh: A (Đầu mút còn lại của SA).
+ Chân vuông góc: hạ từ đỉnh A đến giao tuyến của mặt bên (SDM) và mặt phẳng đáy là cạnh DM.
Trong mp(ABC) dựng AI^DM. Vậy .
Chọn đáp án A.
Bài tập áp dụng
1. ( Đề thi THPTQG 2018): Cho hình chóp S.ABC có đáy là tam giác vuông tại C. .Góc giữa SD với mặt phẳng (SAC) bằng . Tính diện tích hình thoi ABCD.
A. 	 B. 	 C. 	 D. 
2. Cho hình chóp S.ABCD có đáy là hình thoi. . . SA vuông góc với mặt phẳng đáy. Góc giữa SB với mặt phẳng đáy bằng
A. 	 B. 	 C. 	 D. 
3. Cho hình chóp S.ABC có đáy là tam giác vuông cân tại A. SA vuông góc với mặt phẳng đáy và .Tính góc giữa SA với mặt phẳng (SBC) .
A. 	 B. 	 C. 	 D. 
4. ( Đề thi THPTQG 2018): Cho lăng trụ ABCA’B’C’. có đáy là tam giác vuông cân tại A . . AC’ tạo với mp(ABC) một góc .. Tính thể tích V của khối đa diện ABC.B’C’.
A. 	B. 	C. 	D. 
 2.4. Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm.
Sau khi tìm tòi và áp dụng sáng kiến kinh nghiệm vào thực tiễn giảng dạy, bản thân tôi nhận thấy chất lượng giảng dạy được nâng lên rõ rệt. Các em học sinh thực sự hứng thú với môn học, đa số học sinh xác định tốt góc giữa đường thẳng và mặt phẳng trong các trường hợp đơn giản thường gặp. Qua kết quả khảo sát thực hiện trên các lớp học năm 2018-2019 sau khi áp dụng sáng kiến với đề bài tương tự trước khi áp dụng chất lượng bài làm của các em đã đạt kết quả cao hơn so. Kết quả cụ thể :
Lớp
Sĩ số
HS làm được câu a
HS làm được câu a,b
HS làm được cả 3câu
Số lượng
%
Số lượng
%
Số lượng
%
11A4
40
35
87,50
22
55,00
13
32,50
11A9
44
40
 90,09
34
77,27
21
47,72
Bản thân khi trao đổi cùng đồng nghiệp thì được đồng nghiệp ủng hộ và công nhận tính hiệu quả của sáng kiến khi đồng nghiệp dạy trực tiếp trên các lớp 11.
3. Kết luận, kiến nghị: 
Có thể nói việc hướng dẫn học sinh xác định được góc giữa đường thằng và mặt phẳng là một trong những nhiệm vụ quan trọng của chương trình hình học 11. Trong phạm vi của đề tài tôi chỉ đưa ra các kinh nghiệm xác định góc trong các trường hợp thường gặp, áp dụng cho đối tượng học sinh trung bình.
Trên đây là những kinh nghiệm của bản thân tôi đúc rút được trong quá trình giảng dạy. Rất mong được sự góp ý xây dựng của đồng nghiệp để để sáng kiến của tôi được hoàn thiện hơn, giúp học sinh học tốt hơn về các bài toán về góc, thể tích trong hình không gian nhằm nâng cao chất lượng giáo dục. 
 Tôi xin chân thành cảm ơn ! 
XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ
Thanh Hóa, ngày 24 tháng 05 năm 2019
Tôi xin cam đoan đây là SKKN của mình viết, không sao chép nội dung của người khác.
 Nguyễn Thị Thúy Hằng 
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Trần Văn Hạo - Sách Giáo Khoa cơ ban lớp 11 - NHÀ XUẤT BẢN GIÁO
DỤC. 
Nguyễn Mộng Hy - Sách Bài Tập cơ bản lớp 11 - NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DỤC.
Một số phương pháp xác định góc giữa đường thẳng và mặt phẳng - bài đăng trên trang web: tailieu.vn.