初中数学北师大版（2024）九年级下册9 弧长及扇形的面积习题

这是一份初中数学北师大版（2024）九年级下册9 弧长及扇形的面积习题，共56页。

TOC \ "1-3" \h \u
\l "_Tc24177" 【题型1 利用弧长公式弧长】 PAGEREF _Tc24177 \h 1
\l "_Tc7753" 【题型2 利用扇形面积公式求扇形面积】 PAGEREF _Tc7753 \h 2
\l "_Tc21177" 【题型3 求弓形面积】 PAGEREF _Tc21177 \h 4
\l "_Tc22067" 【题型4 由面积的和差求不规则图形的面积】 PAGEREF _Tc22067 \h 5
\l "_Tc13143" 【题型5 由弧长或扇形面积公式求半径或圆心角】 PAGEREF _Tc13143 \h 6
\l "_Tc18275" 【题型6 求动点运动的运动路径长度】 PAGEREF _Tc18275 \h 7
\l "_Tc8776" 【题型7 求图形旋转后扫过的面积】 PAGEREF _Tc8776 \h 8
\l "_Tc16429" 【题型8 与圆锥有关的计算】 PAGEREF _Tc16429 \h 9
\l "_Tc16305" 【题型9 圆锥中的实际应用】 PAGEREF _Tc16305 \h 10
\l "_Tc18108" 【题型10 求圆锥侧面中最短距离】 PAGEREF _Tc18108 \h 11
知识点：弧长及扇形的面积
设⊙O的半径为R，n°圆心角所对弧长为l.
弧长公式：l=nπR180 （弧长的长度和圆心角大小和半径的取值有关）
扇形面积公式：S扇形=n360πR2=12lR
母线的概念：连接圆锥顶点和底面圆周任意一点的线段。
圆锥体表面积公式：S=πR2+πRl（l为母线）
【题型1 利用弧长公式弧长】
【例1】（23-24九年级·浙江杭州·阶段练习）如图1，在⊙O中，AC=BD，且AC⊥BD，垂足为点E．
(1)求∠ABD的度数．
(2)如图2，连接OA，当OA=2，∠OAB=20°，求CD的长．
【变式1-1】（23-24九年级·山东济南·期末）如图，在⊙O中，弦AC，BD相交于点E，连结AD，已知AC=BD．
(1)求证：∠A=∠D；
(2)连结OC、OD，若AC⊥BD，⊙O的半径为2，求CD的长．
【变式1-2】（23-24九年级·湖北武汉·期末）如图，在扇形OAB中，OA=6，∠AOB=110°，将扇形OAB沿过点B的直线折叠，点O恰好落在AB上的点D处，折痕交OA于点C，则弧AD的长为 ．
【变式1-3】（23-24九年级·浙江温州·期末）如图，BC是⊙O的直径，点A在⊙O上，AD⊥BC，垂足为D，AB=AE，BE分别交AD，AC于点F，G．
(1)求证： FA=FG；
(2)若BD=DO=3，求弧EC的长度．
【题型2 利用扇形面积公式求扇形面积】
【例2】（2024·河南驻马店·模拟预测）如图，△ABC中，D为BC的中点，以D为圆心，BD长为半径画一弧，交AC于点E，若∠A=60°，∠ABC=100°，BC=4，则扇形BDE的面积为 ．
【变式2-1】（2024·福建福州·一模）如图，AB为⊙O的直径，BC为⊙O的弦，∠ABC=40°，D为BC的中点，连接BD，CD，AD，OE∥BC，交⊙O于点E．
(1)求∠ABD的度数；
(2)若AB=6，求扇形EOB的面积．
【变式2-2】（23-24九年级·江苏·专题练习）习近平总书记强调：“青年一代有理想、有本领、有担当，国家就有前途，民族就有希望”．如图①是一块弘扬“新时代青年励志奋斗”的扇面宣传展板，该展板的部分示意图如图②所示，它是以O为圆心，OA，OB长分别为半径，圆心角∠O=120°形成的扇面，若OA=3m，OB=1.5m，则阴影部分的面积为（ ）

A．9π4m2B．3πm2C．17π4m2D．25π3m2
【变式2-3】（23-24九年级·宁夏吴忠·期末）如图，直角坐标系中，有一条圆心角为90°的圆弧，且该圆弧经过网格点A0,4，B−4,4，C−6,2．
(1)该圆弧所在圆的圆心M坐标为__________．
(2)求扇形AMC的面积．
【题型3 求弓形面积】
【例3】（2024·山西临汾·二模）如图，两个半径均为4的圆形纸片完全重合叠放在一起，让其中的一张圆形纸片绕着直径AB的一端A按逆时针方向旋转30°后得到直径为AC的圆，则图中阴影部分的面积为（ ）
A．8π3−23B．16π3−23C．16π3−43D．8π3−43
【变式3-1】（23-24·山东泰安·二模）如图C、D在直径AB=4的半圆上，D为半圆弧的中点，∠BAC=15°，则阴影部分的面积是

【变式3-2】（23-24九年级·浙江宁波·期末）如图，AB是⊙O的直径，弦CD与AB垂直，垂足为点E，连接OC并延长交⊙O于点F，∠CDB=30°，CD=23，则图中阴影部分的面积为（ ）
A．π3−32B．2π3−3C．4π3−3D．2π−23
【变式3-3】（23-24·河南周口·三模）如图，在△ABC中，BC=BA=4，∠C=30°，以AB中点D为圆心、AD长为半径作半圆交线段AC于点E，则图中阴影部分的面积为 ．

【题型4 由面积的和差求不规则图形的面积】
【例4】（23-24·云南昭通·一模）如图，将半径为4，圆心角为90°的扇形BAC绕A点逆时针旋转，在旋转过程中，点B落在扇形BAC的弧AC的点B′处，点C的对应点为点C′，则阴影部分的面积为（ ）
A．23π+23B．43π+43C．3+π D．32π−3
【变式4-1】（23-24九年级·云南红河·期末）如图，小方格都是边长为1的正方形，则以格点为圆心，半径为1和2的两种弧围成的“叶状”阴影图案的面积为（ ）
A．2π−4B．2π−2C．4π−4D．4π−2
【变式4-2】（23-24九年级·湖北武汉·期末）如图，在△ABC中，∠ACB=90°，AC=10，将△ABC绕点B逆时针旋转30°得到△A'BC'，则AC，AA′，A'C'，CC′围成的面积（图中阴影部分面积）为 ．
【变式4-3】（23-24·山东青岛·一模）如图所示，∠AOB=90°，OA=OB=4，将扇形OAB绕边OB的中点D顺时针旋转90°得到扇形O′A′B′，弧A′B′交OA于点E，则图中阴影部分的面积为 ．
【题型5 由弧长或扇形面积公式求半径或圆心角】
【例5】（23-24·河南新乡·二模）如图，将矩形ABCD绕点B逆时针旋转30°得到矩形A'BC'D'，点C的对应点C'恰好落在边AD上，若DD′的长为5π3，则AB的长为 ．
【变式5-1】（2024·内蒙古呼和浩特·模拟预测）如图，将边长为2的正六边形铁丝框ABCDEF变形为以点A为圆心，AB为半径的扇形（忽略铁丝的粗细），则所得扇形AFB（阴影部分）的面积为 ，该扇形所对的圆心角是 度．（结果用含π的式子表示）
【变式5-2】（2024·广东广州·一模）一个滑轮起重装置如图所示，滑轮的直径是8cm，当重物上升2π cm时，滑轮的一条半径OA绕轴心O按逆时针方向旋转的角度为（ ）
A．60°B．90°C．120°D．180°
【变式5-3】（2024·山东济南·模拟预测）如图，在平行四边形ABCD中，∠BAD=45°，点E是AD中点，在AB上取一点F，以点F为圆心，FB的长为半径作圆，该圆与DC边恰好相切于点D，连接BE，若图中阴影部分面积为4π，则AD= ．
【题型6 求动点运动的运动路径长度】
【例6】（2024·湖北武汉·模拟预测）如图，半径为2，圆心角为90°的扇形OAB的弧AB上有一动点P，从点P作PH⊥OA于点H，设△OPH的三个内角平分线交于点M，当点P在弧AB上从点A运动到点B时，点M所经过的路径长是（ ）
A．πB．22πC．2πD．2π
【变式6-1】（23-24·四川巴中·一模）如图，在矩形ABCD中，AB=6，BC=8，点M、N分别是边AD、BC的中点，某一时刻，动点E从点M出发，沿MA方向以每秒2个单位长度的速度向点A匀速运动；同时，动点F从点N出发，沿NC方向以每秒1个单位长度的速度向点C匀速运动，其中一点运动到矩形顶点时，两点同时停止运动，连接EF，过点B作EF的垂线，垂足为H．在这一运动过程中，点H所经过的路径长是 ．
【变式6-2】（23-24九年级·江苏宿迁·期末）如图，在扇形OAB中，∠AOB=60°，OB=2，C是弧AB上一动点，过点C作CD⊥OB，交OB于点D，连接OC，OI，CI分别平分∠COD、∠OCD，当点C从A运动到B的过程中，点I的运动路径长为 ．
【变式6-3】（2024·海南三亚·一模）在平行四边形ABCD中，AB=BC，∠ADC=60°，AB=3，分别连接AC、BD，
（1）线段AC与BD的位置关系是 ；
（2）点E是AB边上的动点，过点B作直线CE的垂线，垂足为F，当点E从点A运动到点B时，点F的运动路径长为 ．
【题型7 求图形旋转后扫过的面积】
【例7】（23-24·宁夏银川·三模）如图，在平面直角坐标系中，点A在y轴的正半轴上，OA=1，将OA绕点O顺时针旋转45°到OA1，扫过的面积记为S1，A1A2⊥OA1交x轴于点A2；将OA2绕点O顺时针旋转45°到OA3，扫过的面积记为S2，A3A4⊥OA3交y轴于点A4；将OA4绕点O顺时针旋转45°到OA5扫过的面积记为S3；…；按此规律，则S2023为（ ）
A．22019πB．22020πC．22021πD．22022π
【变式7-1】（23-24九年级·河南洛阳·期末）如图，在矩形ABCD中，AC=4，将△ADC绕点A按逆时针方向旋转到△AEF（点A、B、E在同一直线上），则AC在运动过程中所扫过的面积为 ．
【变式7-2】（2024·山东济南·模拟预测）如图，在△ABC中，已知AB=4，将△ABC绕点A逆时针旋转40°得到△ADE，点B经过的路径为BD，则图中阴影部分的面积为（ ）
A．143π−6B．169π
C．338π−3D．条件不足，无法计算
【变式7-3】（23-24九年级·河北石家庄·期中）如图，已知AB所在圆的半径为5，弦AB的长8，点P是AB中点，AB绕点A逆时针旋转90°后得到AB′，两位同学提出了相关结论：
嘉嘉：AP的长为25；琪琪：AP扫过的面积为5π
下列论正确的是（ ）
A．两人都错B．嘉嘉对，琪琪错C．嘉嘉错，琪琪对D．两人都对
【题型8 与圆锥有关的计算】
【例8】（23-24九年级·四川绵阳·期末）如图所示，把矩形纸片ABCD分割成正方形纸片ABFE和矩形纸片EFCD后，分别裁出扇形ABF和半径最大的圆，恰好能作为一个圆锥的侧面和底面，若该圆锥的高为15，则AD的长为（ ）
A．8B．82C．63D．6
【变式8-1】（23-24九年级·四川自贡·期末）若一个圆锥的底面半径为2cm，高为42cm，则圆锥的侧面展开图中圆心角的度数为（ ）
A．80°B．100°C．120°D．150°
【变式8-2】（23-24九年级·云南红河·期末）一个圆锥的侧面积是底面积的2倍，则该圆锥的侧面展开图的扇形圆心角等于（ ）
A．90°B．120°C．150°D．180°
【变式8-3】（23-24·云南·模拟预测）如图，菱形ABCD的周长为48，以点B为圆心，AB为半径画圆弧AC得到扇形BAC（阴影部分）．若扇形BAC正好是一个圆锥的侧面展开图，且该圆锥的高为8．则扇形BAC（阴影部分）的面积为（ ）
A．48πB．485πC．1235πD．1274π
【题型9 圆锥中的实际应用】
【例9】（23-24九年级·安徽阜阳·阶段练习）图1中的冰激凌的外包装可以视为圆锥（如图2），制作这种外包装需要用如图3所示的等腰三角形材料，其中AB=AC,AD⊥BC，将扇形EAF围成圆锥时，AE,AF恰好重合．已知这种加工材料的顶角∠BAC=90°，圆锥底面圆的直径DE为5cm．
(1)求图2中圆锥的母线AE的长．
(2)求加工材料剩余部分（图3中阴影部分）的面积．（结果保留π）
【变式9-1】（23-24·安徽·二模）《九章算术》中有如下问题：“在屋内墙角处堆放米（如图，米堆为一个圆锥的四分之一），米堆底部的弧长为8尺，米堆高5尺，问米堆的体积和堆放的米各为多少？”已知1斛米的体积约为1.62立方尺，圆周率约为3，估算出堆放的米约有 斛．

【变式9-2】（23-24九年级·贵州铜仁·阶段练习）如图是一款近似圆锥形帐篷，其侧面展开后是一个半径为3m、圆心角为120°的扇形，制作这顶帐篷（侧面与底面）需要多少平方米的材料？（结果保留π）

【变式9-3】（23-24·湖南邵阳·模拟预测）在一次科学探究实验中，小明将半径为5cm的圆形滤纸片按图1所示的步骤进行折叠，并围成圆锥形．
(1)取一漏斗，上部的圆锥形内壁（忽略漏斗管口处）的母线OB长为6cm，开口圆的直径为6cm．当滤纸片重叠部分三层，且每层为14圆时，滤纸围成的圆锥形放入该漏斗中，能否紧贴此漏斗的内壁（忽略漏斗管口处），请你用所学的数学知识说明；
(2)假设有一特殊规格的漏斗，其母线长为6cm，开口圆的直径为7.2cm，现将同样大小的滤纸围成重叠部分为三层的圆锥形，放入此漏斗中，且能紧贴漏斗内壁．问重叠部分每层的面积为多少？
【题型10 求圆锥侧面中最短距离】
【例10】（23-24·湖北十堰·中考真题）如图，已知点C为圆锥母线SB的中点，AB为底面圆的直径，SB=6，AB=4，一只蚂蚁沿着圆锥的侧面从A点爬到C点，则蚂蚁爬行的最短路程为（ ）

A．5B．33C．32D．63
【变式10-1】（23-24九年级·广西河池·期末）如图是一个用来盛爆米花的圆锥形纸杯，纸杯开口圆的直径EF长为5cm，母线OEOF长为5cm.在母线OF上的点A处有一块爆米花残渣，且FA=2cm，一只蚂蚁从杯口的点E处沿圆锥表面爬行到A点，则此蚂蚁爬行的最短距离为 cm．
【变式10-2】（2015·山东青岛·二模）如图是一个用来盛爆米花的圆锥形纸杯，纸杯开口圆的直径EF长为6 cm，母线OE（OF）长为9cm．在母线OF上的点A处有一块爆米花残渣，且FA = 3cm．在母线OE上的点B处有一只蚂蚁，且EB = 1cm．这只蚂蚁从点B处沿圆锥表面爬行到A点，则爬行的最短距离为 cm．
【变式10-3】（23-24九年级·山东泰安·期末）如图1，圆锥底面圆半径为1，母线长为4，图2为其侧面展开图．
（1）求阴影部分面积（π可作为最后结果）；
（2）母线SC是一条蜜糖线，一只蚂蚁从A沿着圆锥表面最少需要爬多远才能吃到蜜糖？

专题3.9 弧长和扇形的面积【十大题型】
【北师大版】
TOC \ "1-3" \h \u
\l "_Tc24177" 【题型1 利用弧长公式弧长】 PAGEREF _Tc24177 \h 1
\l "_Tc7753" 【题型2 利用扇形面积公式求扇形面积】 PAGEREF _Tc7753 \h 6
\l "_Tc21177" 【题型3 求弓形面积】 PAGEREF _Tc21177 \h 10
\l "_Tc22067" 【题型4 由面积的和差求不规则图形的面积】 PAGEREF _Tc22067 \h 14
\l "_Tc13143" 【题型5 由弧长或扇形面积公式求半径或圆心角】 PAGEREF _Tc13143 \h 18
\l "_Tc18275" 【题型6 求动点运动的运动路径长度】 PAGEREF _Tc18275 \h 22
\l "_Tc8776" 【题型7 求图形旋转后扫过的面积】 PAGEREF _Tc8776 \h 28
\l "_Tc16429" 【题型8 与圆锥有关的计算】 PAGEREF _Tc16429 \h 32
\l "_Tc16305" 【题型9 圆锥中的实际应用】 PAGEREF _Tc16305 \h 34
\l "_Tc18108" 【题型10 求圆锥侧面中最短距离】 PAGEREF _Tc18108 \h 38
知识点：弧长及扇形的面积
设⊙O的半径为R，n°圆心角所对弧长为l.
弧长公式：l=nπR180 （弧长的长度和圆心角大小和半径的取值有关）
扇形面积公式：S扇形=n360πR2=12lR
母线的概念：连接圆锥顶点和底面圆周任意一点的线段。
圆锥体表面积公式：S=πR2+πRl（l为母线）
【题型1 利用弧长公式弧长】
【例1】（23-24九年级·浙江杭州·阶段练习）如图1，在⊙O中，AC=BD，且AC⊥BD，垂足为点E．
(1)求∠ABD的度数．
(2)如图2，连接OA，当OA=2，∠OAB=20°，求CD的长．
【答案】(1)45°
(2)49π
【分析】（1）连接BC,AD，利用圆周角定理，证明∠ABD=∠BAE，计算即可．
（2）连接OC,OD，计算出∠COD的度数，运用弧长公式求CD的长即可．
本题考查了圆周角定理，弧长公式，等腰直角三角形的性质，熟练掌握圆周角定理，弧长公式是解题的关键．
【详解】（1）解：连接BC,AD，
∵AC=BD，
∴∠ABC=∠BAD
∵CD⌢=CD⌢
∴∠CBD=∠CAD，
∴∠ABC−∠CBD=∠BAD−∠CAD，
∴∠ABD=∠BAE，
∵AC⊥BD，
∴∠AEB=90°，
∴∠ABD=45°．
（2）解：连接OC,OD,OB，
∵∠ABD=∠BAC=45°，
∴∠BOC=∠AOD=90°．
∵OA=OB，∠OAB=20°，
∴∠OBA=∠OAB=20°．
∴∠AOB=140°．
∴∠COD=360°−∠BOC−∠AOD−∠AOB=40°．
∴CD⌢的长=40×π×2180=49π．
【变式1-1】（23-24九年级·山东济南·期末）如图，在⊙O中，弦AC，BD相交于点E，连结AD，已知AC=BD．
(1)求证：∠A=∠D；
(2)连结OC、OD，若AC⊥BD，⊙O的半径为2，求CD的长．
【答案】(1)详见解析
(2)CD⌢的长为π
【分析】本题考查的是弧长的计算、圆心角、弧、弦之间的关系定理、圆周角定理，熟记弧长公式是解题的关键．
（1）先证明AC=BD，再证明AB=CD，最后根据圆周角定理即可得证；
（2）根据圆周角定理求出∠COD，然后根据弧长公式计算即可得解
【详解】（1）证明：∵AC=BD，
∴AC=BD，
∴AC−BC=BD−BC，
∴AB=CD，
∴∠A=∠D；
（2）解：∵AC⊥BD，
∴∠AED=90°，
∴∠A+∠ADE=90°，
由（1）可得：∠A=∠ADE，
∴∠A=∠ADE=45°，
∴∠COD=2∠A=90°，
∵⊙O的半径为2，
∴CD⌢的长=90×2×π180=π．
【变式1-2】（23-24九年级·湖北武汉·期末）如图，在扇形OAB中，OA=6，∠AOB=110°，将扇形OAB沿过点B的直线折叠，点O恰好落在AB上的点D处，折痕交OA于点C，则弧AD的长为 ．
【答案】53π
【分析】本题考查了弧长的计算，翻折变换 (折叠问题)，由折叠的性质推知△ODB是等边三角形是解答此题的关键.
如图，连接OD.根据折叠的性质、圆的性质推知△ODB是等边三角形，则易求∠AOD=110°−∠DOB=50°，然后由弧长公式弧长的公式l=nπr180来求弧AD的长.
【详解】解：如图, 连接OD.根据折叠的性质知，OB=DB.
又∵OD=OB,
∴OD=OB=DB, 即△ODB是等边三角形，
∴∠DOB=60°.
∵∠AOB=110°,
∴∠AOD=∠AOB−∠DOB=50°,
∴弧AD的长为50π×6180=53π，
故答案为: 53π．
【变式1-3】（23-24九年级·浙江温州·期末）如图，BC是⊙O的直径，点A在⊙O上，AD⊥BC，垂足为D，AB=AE，BE分别交AD，AC于点F，G．
(1)求证： FA=FG；
(2)若BD=DO=3，求弧EC的长度．
【答案】(1)见解析
(2)43π
【分析】此题主要考查了圆周角定理和应用，以及弧长的计算方法，要熟练掌握．
（1）根据BC是⊙O 的直径，AD⊥BC，AB=AE，推出∠AGB=∠CAD，即可推得FA=FG．
（2）连接AO、EO，根据BD=DO=2，AD⊥BC，求出∠AOB=60°，再根据AB=AE，求出∠EOC=60°，进而可得出答案．
【详解】（1）证明：∵BC是⊙O 的直径，
∴∠BAC=90°，
∴∠ABE+∠AGB=90°；
∵AD⊥BC，
∴∠C+∠CAD=90°；
∵AB=AE，
∴∠C=∠ABE，
∴∠AGB=∠CAD，
∴FA=FG．
（2）解：如图，连接AO、EO，
∵BD=DO=2，AD⊥BC，
∴AB=AO，
∵AO=BO，
∴AB=AO=BO，
∴△ABO是等边三角形，
∴∠AOB=60°，
∵AB=AE，
∴∠AOE=60°，
∴∠EOC=60°，
∴弧EC的长度=2π×2×2×60360=43π．
【题型2 利用扇形面积公式求扇形面积】
【例2】（2024·河南驻马店·模拟预测）如图，△ABC中，D为BC的中点，以D为圆心，BD长为半径画一弧，交AC于点E，若∠A=60°，∠ABC=100°，BC=4，则扇形BDE的面积为 ．
【答案】4π9/49π
【分析】本题考查的是扇形面积计算，三角形内角和定理，等腰三角形的性质，掌握扇形面积公式是解题的关键．根据三角形内角和定理求出∠C，根据三角形的外角的性质求出∠BDE，根据扇形面积公式计算．
【详解】解：∵∠A=60°，∠B=100°，
∴∠C=20°，
又∵D为BC的中点，
∴BD=DC=12BC=2，
∵DE=DB，
∴DE=DC=2，
∴∠DEC=∠C=20°，
∴∠BDE=40°，
∴扇形BDE的面积=40π×22360=4π9，
故答案为：4π9．
【变式2-1】（2024·福建福州·一模）如图，AB为⊙O的直径，BC为⊙O的弦，∠ABC=40°，D为BC的中点，连接BD，CD，AD，OE∥BC，交⊙O于点E．
(1)求∠ABD的度数；
(2)若AB=6，求扇形EOB的面积．
【答案】(1)65°
(2)π
【分析】此题主要考查了圆周角定理，扇形的面积，准确识图，熟练掌握圆周角定理和扇形的面积公式是解决问题的关键．
（1）连接AC，则∠BAC=90°−∠ABC=50°，根据点D为BC的中点得∠CAD=∠BAD=12∠BAC=25°，进而得∠CBD=∠CAD=25°，据此可得∠ABD的度数；
（2）先求出⊙O半径为3，再根据OE∥BC得∠BOE=∠ABC=40°，然后根据扇形EOB的面积公式可得出答案．
【详解】（1）解：连接AC，如下图所示：

∵AB为⊙O的直径，∠ABC=40°，
∴∠ACB=90°，
∴∠BAC=90°−∠ABC=90°−40°=50°，
∵点D为BC的中点，
∴BD=CD，
∴∠CAD=∠BAD=12∠BAC=12×50°=25°，
∴∠CBD=∠CAD=25°，
∴∠ABD=∠ABC+∠CBD=40°+25°=65°；
（2）解：∵AB=6，
∴OB=12AB=3，
∵OE∥BC，
∴∠BOE=∠ABC=40°，
∴扇形EOB的面积为：40π×32360=π．
【变式2-2】（23-24九年级·江苏·专题练习）习近平总书记强调：“青年一代有理想、有本领、有担当，国家就有前途，民族就有希望”．如图①是一块弘扬“新时代青年励志奋斗”的扇面宣传展板，该展板的部分示意图如图②所示，它是以O为圆心，OA，OB长分别为半径，圆心角∠O=120°形成的扇面，若OA=3m，OB=1.5m，则阴影部分的面积为（ ）

A．9π4m2B．3πm2C．17π4m2D．25π3m2
【答案】A
【分析】根据扇形面积公式，求出大扇形和小扇形的面积，最后根据S阴影=S大扇形−S小扇形即可求解．
【详解】解：根据题意可得：
∵∠O=120°，OA=3m，OB=1.5m，
∴S大扇形=120π×32360=3πm2，S小扇形=120π×1.52360=34πm2，
∴S阴影=S大扇形−S小扇形=3π−34π=9π4m2，
故选：A．
【点睛】本题主要考查了求扇形面积，解题的关键是掌握扇形面积公式S扇形=nπr2360．
【变式2-3】（23-24九年级·宁夏吴忠·期末）如图，直角坐标系中，有一条圆心角为90°的圆弧，且该圆弧经过网格点A0,4，B−4,4，C−6,2．
(1)该圆弧所在圆的圆心M坐标为__________．
(2)求扇形AMC的面积．
【答案】(1)−2,0
(2)5π
【分析】（1）根据垂径定理结合网格的性质可得答案；
（2）借助网格求出圆心角度数和半径，再利用弧长公式进行计算即可．
【详解】（1）解：如图，
由垂径定理可知，圆心是AB、BC中垂线的交点，
由网格可得该点M(-2， 0)，
故答案为：M(-2， 0)；
（2）解：扇形的半径r=22+42=25，
∵AM2=22+42=20，CM2=22+42=20，AC2 = 22+62=40，
∴AM2+CM2=AC2，
∴∠AMC=90°，
∴S扇形AMC=nπr2360=90π⋅(25)2360=5π．
【点睛】本题考查弧长的计算、垂径定理，解题的关键是掌握垂径定理以及网格特征是确定圆心坐标，求出扇形所在圆的半径和相应圆心角度数是求扇形面积的前提．
【题型3 求弓形面积】
【例3】（2024·山西临汾·二模）如图，两个半径均为4的圆形纸片完全重合叠放在一起，让其中的一张圆形纸片绕着直径AB的一端A按逆时针方向旋转30°后得到直径为AC的圆，则图中阴影部分的面积为（ ）
A．8π3−23B．16π3−23C．16π3−43D．8π3−43
【答案】C
【分析】本题主要考查了扇形面积的计算、旋转变换的性质、解直角三角形等知识点，连接BD，作OG⊥AD，根据旋转变换的性质求出∠BAC=30°的度数，再根据扇形面积公式、三角形面积公式，结合图形计算即可，熟练掌握其性质合理作出辅助线是解决此题的关键．
【详解】如图，连接BD，OD，作OG⊥AD，
由旋转知：∠BAC=30°，
∴OG=AO×sin30°=4×12=2，
∵AB为直径，
∴∠ADB=90°，
∵AB=8，∠BAC=30°，
∴AD=AB⋅cs30°=8×32=43，
∴S△AOD=12×OG×AD=12×43×2=43，
∵AO=OD，
∴∠DAO=∠ADO=30°，
∴∠AOD=180°−∠DAO−∠ADO=120°，
∴S扇形AOD=120°360°×π×42=163π，
∴阴影部分的面积为163π−43，
故选：C．
【变式3-1】（23-24·山东泰安·二模）如图C、D在直径AB=4的半圆上，D为半圆弧的中点，∠BAC=15°，则阴影部分的面积是

【答案】23π−3
【分析】设AB的中点为O，连接OD,OC，用扇形COD的面积减去△COD的面积即可得出结果．
【详解】解：设AB的中点为O，连接OD,OC，

∵C、D在直径AB=4的半圆上，D为半圆弧的中点，∠BAC=15°，
∴OD=OC=2，∠DOB=90°,∠COB=2∠BAC=30°，
∴∠DOC=∠DOB−∠COB=60°，
∴△COD为等边三角形，
∴CD=OD=OC=2，
过点O作OE⊥CD，则：CE=12CD=1，
∴OE=OC2−CE2=3，
∴阴影部分的面积=S扇形COD−S△COD=60π×22360−12×2×3=23π−3；
故答案为：23π−3．
【点睛】本题考查求弓形的面积，同时考查了圆周角定理，等边三角形的判定和性质．将阴影部分的面积转化为扇形的面积减去三角形的面积，是解题的关键．
【变式3-2】（23-24九年级·浙江宁波·期末）如图，AB是⊙O的直径，弦CD与AB垂直，垂足为点E，连接OC并延长交⊙O于点F，∠CDB=30°，CD=23，则图中阴影部分的面积为（ ）
A．π3−32B．2π3−3C．4π3−3D．2π−23
【答案】B
【分析】连接OD，首先证明△OBD是等边三角形，证明∠COB=∠BOD=60°，求出OC即可解决问题．
【详解】解：如图，连接OD．
∵AB⊥CD，
∴∠DEB=90°,EC=DE=3，
∵∠CDB=30°，
∴∠B=60°，
∵OB=OD，
∴△OBD是等边三角形，
∴∠DOB=60°，
∵AB⊥CD，
∴BC=BD，
∴∠COB=∠AOF=60°，
∵EC=3,∠CEO=90°，
∴OE=1,OC=2，
∴S圆=S扇形OAF−S△AOF=60⋅π⋅22360−34×22=23π−3，
故选：B．
【点睛】本题考查等边三角形的判定和性质，扇形的面积等知识，解题的关键是学会添加常用辅助线，构造特殊三角形解决问题．
【变式3-3】（23-24·河南周口·三模）如图，在△ABC中，BC=BA=4，∠C=30°，以AB中点D为圆心、AD长为半径作半圆交线段AC于点E，则图中阴影部分的面积为 ．

【答案】4π3−3
【分析】连接DE，BE，然后根据已知条件求出∠ABE=60°，AE=23，从而得到∠ADE=120°，最后结合扇形的面积计算公式求解即可．
【详解】解：如图，连接DE，BE．

∵AB为直径，
∴∠BEA=90°．
∵BC=BA，
∴∠BAC=∠BCA=30°，
∴∠ABE=60°，BE=12AB=2，AE=3BE=32AB=23，
∵BD=DE，
∴△BDE是等边三角形，
∴∠ADE=120°，
∴阴影部分的面积=S扇形DAE−S△ADE
=120π×22360−12S△ABE
=120π×22360−12×12×23×2=4π3−3
=4π3−3．
故答案为：4π3−3．
【点睛】本题考查阴影部分面积计算问题，涉及到扇形面积计算，等边三角形的判定与性质，直径所对的圆周为直角等，掌握扇形面积计算公式是解题关键．
【题型4 由面积的和差求不规则图形的面积】
【例4】（23-24·云南昭通·一模）如图，将半径为4，圆心角为90°的扇形BAC绕A点逆时针旋转，在旋转过程中，点B落在扇形BAC的弧AC的点B′处，点C的对应点为点C′，则阴影部分的面积为（ ）
A．23π+23B．43π+43C．3+π D．32π−3
【答案】B
【分析】连接BB′，过A作AF⊥BB′于F，根据旋转的性质得出扇形ABC和扇形AB′C′的面积相等，AB=AB′=BC=BB′=4，求出△ABB′是等边三角形，求出∠ABF=60°，解直角三角形求出BF和AF，再根据阴影部分的面积S=S扇形ABC−S扇形ABB′−S△ABB′求出答案即可．
【详解】解：连接BB′，过A作AF⊥BB′于F，则∠AFB=90°，如图，
∵将半径为2，圆心角为90°的扇形BAC绕A点逆时针旋转，使点B落在扇形BAC的弧上的点B′处，点C的对应点为点C′，
∴扇形ABC和扇形AB′C′的面积相等，AB=AB′=BC=BB′=4，
∴ △ABB′是等边三角形，
∴∠ABF=60°，
∴∠BAF=30°，
∴BF=12AB=2，
由勾股定理得： AF＝42−22=23，
∴阴影部分的面积S=S扇形ABC−S扇形ABB′−S△ABB′
＝90π×42360−60π×42360−12×4×23
=43π+43
故选：B．
【点睛】此题考查了旋转的性质，等边三角形的性质和判定，直角三角形的性质，扇形的面积计算等知识点，能把求不规则图形的面积转化成求规则图形的面积是解此题的关键，注意：如果扇形的圆心角为n°，扇形的半径为r,那么扇形的面积S=nπr2360．
【变式4-1】（23-24九年级·云南红河·期末）如图，小方格都是边长为1的正方形，则以格点为圆心，半径为1和2的两种弧围成的“叶状”阴影图案的面积为（ ）
A．2π−4B．2π−2C．4π−4D．4π−2
【答案】A
【分析】此题主要考查了扇形的面积公式，应用与设计作图．连接AB，则阴影部分面积=2S扇形AOB−S△ABO，依此计算即可求解．
【详解】解：连接AB，
由题意得，阴影部分面积=2S扇形AOB−S△AOB=290π×22360−12×2×2=2π−4．
故选：A．
【变式4-2】（23-24九年级·湖北武汉·期末）如图，在△ABC中，∠ACB=90°，AC=10，将△ABC绕点B逆时针旋转30°得到△A'BC'，则AC，AA′，A'C'，CC′围成的面积（图中阴影部分面积）为 ．
【答案】253π/25π3
【分析】本题主要考查了图形的旋转，不规则图形的面积计算，勾股定理，发现阴影部分面积的计算方法是解题的关键．根据旋转的性质得到△ABC≌△A′BC′，∠ABA′=∠CBC′=30°，进而得到S阴影=S扇形ABA′+S△A′BC′−S△ABC−S扇形CBC′，再结合扇形面积公式和勾股定理求解，即可解题．
【详解】解：将△ABC绕点B逆时针旋转30°得到△A'BC'，
∴△ABC≌△A′BC′，∠ABA′=∠CBC′=30°，
∴ S阴影=S扇形ABA′+S△A′BC′−S△ABC−S扇形CBC′
=S扇形ABA′−S扇形CBC′
=30π⋅AB2360−30π⋅BC2360
=30π⋅AB2−BC2360，
∵在△ABC中，∠ACB=90°，AC=10，
∴AB2−BC2=AC2=100，
∴上式=30π×100360=253π．
故答案为：253π．
【变式4-3】（23-24·山东青岛·一模）如图所示，∠AOB=90°，OA=OB=4，将扇形OAB绕边OB的中点D顺时针旋转90°得到扇形O′A′B′，弧A′B′交OA于点E，则图中阴影部分的面积为 ．
【答案】53π+4−23
【分析】延长EO交O′A′于P，连接O′E，根据扇形面积公式、三角形的面积公式计算，得到答案．
【详解】解：延长EO交O′A′于P，连接O′E，
∵∠AOB=90°，OA=OB=4，D为OB中点，
∴OD=2，∠POD=180°−90°=90°，
∵将扇形OAB绕边OB的中点D顺时针旋转90°得到扇形O′A′B′，
∴O′D=OD=2，∠DO′P=∠AOB=90°，
∴四边形DOPO′是正方形，
∴∠O′PE=90°
∴S阴影OPO′=22−90π×22360=4−π，
∵O′P=12O′A′=12O′E，
∴sin∠O′EP=O′PO′E=12
∴∠O′EP=30°，
∴∠PO′E=60°，EP=3O′P=23，
∴S阴影A′PE=S扇形O′A′E−S△O′PE
=60π×42360−12×2×23
=83π−23，
∴S阴影=4−π+83π−23=53π+4−23，
故答案为：53π+4−23．
【点睛】本题考查的是扇形面积计算、正方形的判定及性质、旋转变换的性质、直角三角形的性质，掌握扇形面积公式是解题的关键．
【题型5 由弧长或扇形面积公式求半径或圆心角】
【例5】（23-24·河南新乡·二模）如图，将矩形ABCD绕点B逆时针旋转30°得到矩形A'BC'D'，点C的对应点C'恰好落在边AD上，若DD′的长为5π3，则AB的长为 ．
【答案】2
【分析】连接BD，BD'，由旋转可知∠DBD'=30°，根据弧长公式得30π×BD180=5π3，得BD=25，在Rt△ABD中，根据勾股定理得AB2+AD2=BD2，即AB2+4AB2=20，即可求出AB=2．
【详解】解：如图，连接BD，BD′，

由旋转可知∠DBD′=30°
∵DD′的长为5π3，
∴30π×BD180=5π3，
∴BD=25，
∵四边形ABCD是矩形，
∴∠A=∠ABC=90°，AD∥BC，
∴∠AC′B=∠CBC′=30°
∴BC′=AD=2AB
在Rt△ABD中，AB2+AD2=BD2，
∴AB2+4AB2=20，
∴AB=2．
故答案为：2．
【点睛】本题考查了弧长的计算，矩形的性质和旋转的性质，熟记公式是解题的关键．
【变式5-1】（2024·内蒙古呼和浩特·模拟预测）如图，将边长为2的正六边形铁丝框ABCDEF变形为以点A为圆心，AB为半径的扇形（忽略铁丝的粗细），则所得扇形AFB（阴影部分）的面积为 ，该扇形所对的圆心角是 度．（结果用含π的式子表示）
【答案】 8 720π
【分析】本题主要考查了正多边形与圆，先根据题意求出优弧BF的长为8，再根据扇形面积等于其弧长与半径乘积的一半求出阴影部分面积，进而根据弧长公式求出圆心角度数即可．
【详解】解；由题意得，优弧BF的长为4×2=8，
∴所得扇形AFB（阴影部分）的面积为12×2×8=8，
∴该扇形所对的圆心角是8×180π×2=720π，
故答案为：8；720π．
【变式5-2】（2024·广东广州·一模）一个滑轮起重装置如图所示，滑轮的直径是8cm，当重物上升2π cm时，滑轮的一条半径OA绕轴心O按逆时针方向旋转的角度为（ ）
A．60°B．90°C．120°D．180°
【答案】B
【分析】本题考查了弧长公式的计算，重物上升2πcm时，即弧长是2πcm，设旋转的角度是n°，利用弧长公式计算即可得出答案，熟练掌握弧长公式是解此题的关键．
【详解】解：∵滑轮的直径是8cm，
∴滑轮的半径是4cm，
设旋转的角度是n°，
由题意得：nπ×4180=2π，
解得：n=90，
∴滑轮的一条半径OA绕轴心O按逆时针方向旋转的角度约为90°，
故选：B．
【变式5-3】（2024·山东济南·模拟预测）如图，在平行四边形ABCD中，∠BAD=45°，点E是AD中点，在AB上取一点F，以点F为圆心，FB的长为半径作圆，该圆与DC边恰好相切于点D，连接BE，若图中阴影部分面积为4π，则AD= ．
【答案】42
【分析】本题考查了切线的性质，扇形的面积，平行四边形的性质，等腰直角三角形的判定与性质等知识，连接FD，过E作EG⊥AB于G，先判断△ADF，△AEG都是等腰直角三角形，则可求出AB=2AD，EG=24AD，然后根据S△ADF+S扇形BFD−S△ABE=4π求解即可．
【详解】解：连接FD，过E作EG⊥AB于G，
∵圆与DC边恰好相切于点D，
∴FD⊥CD，
∵四边形ABCD是平行四边形，
∴AB∥CD，
∴DF⊥AB，
∵∠BAD=45°，
∴△ADF，△AEG都是等腰直角三角形，
∴AF=DF=22AD，EG=22AE，
∴BF=DF=22AD，
∴AB=2AD，EG=24AD，
∵阴影部分面积为4π，
∴S△ADF+S扇形BFD−S△ABE=4π，
∴12×22AD×22AD+90π⋅22AD2360−12×2AD×24AD=4π，
即90π⋅22AD2360=4π，
解得AD=42，
故答案为：42．
【题型6 求动点运动的运动路径长度】
【例6】（2024·湖北武汉·模拟预测）如图，半径为2，圆心角为90°的扇形OAB的弧AB上有一动点P，从点P作PH⊥OA于点H，设△OPH的三个内角平分线交于点M，当点P在弧AB上从点A运动到点B时，点M所经过的路径长是（ ）
A．πB．22πC．2πD．2π
【答案】B
【分析】本题考查了弧长的计算公式：l=nπR180，其中l表示弧长，n表示弧所对的圆心角的度数．同时考查了三角形内心的性质、三角形全等的判定与性质、圆周角定理和圆的内接四边形的性质．如图，连接AM，由△OPH的内心为M，可得到∠PMO=135°，并且易证△OPM≌△OAMSAS，得到∠AIO=∠PIO=135°，所以点M在以OA为弦，并且所对的圆周角为135°的一段劣弧上；过A、M、O三点作⊙O′，如图，连O′A，O′O，在优弧AO取点N，连接NA，NO，可得∠ANO=180°−135°=45°，得∠AO′O=90°，O′O=22OA=22×2=2，然后利用弧长公式计算弧OA的长即可．
【详解】解：如图，连接AM，
∵△OPH的内心为M，
∴∠MOP=∠MOA，∠MPO=∠MPH，
∴∠PMO=180°−∠MPO−∠MOP=180°−12(∠HOP+∠OPH)，
∵PH⊥OA，
∴∠PHO=90°，
∴∠PMO=180°−12(∠HOP+∠OPH)=180°−12(180°−90°)=135°，
又∵OP=OA，OM为公共边，
而∠MOP=∠MOA，
∴△OPM≌△OAMSAS，
∴∠AMO=∠PMO=135°，
所以点M在以OA为弦，并且所对的圆周角为135°的一段劣弧上；
过A、M、O三点作⊙O′，如图，连接O′A，O′O，在优弧AO取点N，连接NA，NO，
∵∠AMO=135°，
∴∠ANO=180°−135°=45°，
∴∠AO′O=90°，
∵OA=2，
∴O′O=22OA=22×2=2，
∴弧OA的长=90×π×2180=2π2，
所以内心M所经过的路径长为2π2．
故选：B．
【变式6-1】（23-24·四川巴中·一模）如图，在矩形ABCD中，AB=6，BC=8，点M、N分别是边AD、BC的中点，某一时刻，动点E从点M出发，沿MA方向以每秒2个单位长度的速度向点A匀速运动；同时，动点F从点N出发，沿NC方向以每秒1个单位长度的速度向点C匀速运动，其中一点运动到矩形顶点时，两点同时停止运动，连接EF，过点B作EF的垂线，垂足为H．在这一运动过程中，点H所经过的路径长是 ．
【答案】52π
【分析】如图1中，连接MN交EF于点P，连接BP．首先证明PN=2，利用勾股定理求出BP．由∠BHP=90°，推出点H在BP为直径的⊙O上运动，当点E与A重合时，如图2中，连接OH，ON．点H的运动轨迹是NH．求出∠HON，再利用弧长公式求解．
【详解】解：如图1中，连接MN交EF于点P，连接BP．
∵四边形ABCD是矩形，AM=MD，BN=CN，
∴四边形ABNM是矩形，
∴MN=AB=6，
∵EM∥NF，
∴△EPM∽△FPN，
∴ PMPN=EMNF=2tt=2，
∴PN=2，PM=4，
∵BN=12BC=4，
∴BP=PN2+BN2=22+42=25，
∵BH⊥EF，
∴∠BHP=90°，
∴点H在BP为直径的⊙O上运动，
当点E与A重合时，如图2中，连接OH，ON．点H的运动轨迹是NH．
此时AM=4，NF=2，
∴BF=AB=6，
∵∠ABF=90°，BH⊥AF，
∴BH平分∠ABF，
∴∠HBN=45°，
∴∠HON=2∠HBN=90°，
∵OH=12BP=5，
∴点H的运动轨迹的长=90π×5180=52π．
故答案为：52π．
【点睛】本题考查矩形的判定与性质，相似三角形的判定和性质，圆周角定理，弧长公式等知识，解题的关键是学会添加常用辅助线，构造相似三角形解决问题．
【变式6-2】（23-24九年级·江苏宿迁·期末）如图，在扇形OAB中，∠AOB=60°，OB=2，C是弧AB上一动点，过点C作CD⊥OB，交OB于点D，连接OC，OI，CI分别平分∠COD、∠OCD，当点C从A运动到B的过程中，点I的运动路径长为 ．
【答案】23π
【分析】根据OI、CI分别平分∠COD、∠OCD，求出∠OIC=135°，连接BI，证明△OCI≌△OBI，得到∠OIB=135°，得到点I路径为以OB为弦，所对圆心角为135°的圆弧，构造⊙G，求出∠G=90°，r=2，根据弧长公式计算即可．
【详解】解：如图，∵ CD⊥OB，
∴∠COD+∠OCD=90°，
∵ OI，CI分别平分∠COD、∠OCD，
∴∠OIC= 180°−12∠COD+∠OCD=135°，
连接BI，
∵OI=OI，OC=OC，∠COI=∠BOI，
∴△COI≌△BOI，
∴∠OIB=∠OIC=135°，
∴点I的路径为以OB为弦，所对圆心角为135°的圆弧的一部分，
过点O、I、B作圆G，作圆内接四边形OIBF，则∠F=45°，
∴∠G=90°，
∵OG=OB，OB=2，
∴OG= 22OB=2，
当A,C重合时，∠IOA=∠IOB=30°
则∠GIO=∠GOI=75°，
∴ ∠GIB=135°−75°=60°，则△IBG是等边三角形
∴ ∠IGB=60°
∴点I的运动路径长为：60×2⋅π180=23π．
故答案为：23π．
【点睛】本题考查动点问题根据题意确定点E所经过的路径，角平分线的定义，三角形内角和定理，圆周角定理，圆内接四边形对角互补，求弧长，转化为定边OB对定角∠OIB问题是解题的关键．
【变式6-3】（2024·海南三亚·一模）在平行四边形ABCD中，AB=BC，∠ADC=60°，AB=3，分别连接AC、BD，
（1）线段AC与BD的位置关系是 ；
（2）点E是AB边上的动点，过点B作直线CE的垂线，垂足为F，当点E从点A运动到点B时，点F的运动路径长为 ．
【答案】 AC⊥BD π
【分析】本题考查了菱形的判定和性质，等边三角形的判定和性质，圆的基本性质，弧长公式，熟练掌握圆的基本性质，灵活运用弧长公式计算是解题的关键．
（1）证明平行四边形ABCD是菱形，即可得到结论；
（2）根据∠BFC=90°，判定点F在以BC为直径的圆上的一段弧上运动，设BD与AC的交点为G，则点F的路径长恰好是GB，求得半径和圆心角计算即可．
【详解】解：（1）∵平行四边形ABCD，AB=BC=3，
∴平行四边形ABCD是菱形，
∴AC⊥BD，
故答案为：AC⊥BD，
（2）如图，记AC，BD，二线交于点G，
∵BG⊥AC，
∴点G在以BC为直径的圆上，
设圆心为O，则半径OB=32，
连接OG，
∵∠ADC=60°，菱形ABCD，
∴∠ABC=60°，
∴△ABC是等边三角形
∴∠ACB=60°，
∴△GOC是等边三角形，
∴∠GOC=60°，∠GOB=120°，
∴点F的运动路径为GB，
∴GB的长为：120×π×32180=π，
故答案为：π．
【题型7 求图形旋转后扫过的面积】
【例7】（23-24·宁夏银川·三模）如图，在平面直角坐标系中，点A在y轴的正半轴上，OA=1，将OA绕点O顺时针旋转45°到OA1，扫过的面积记为S1，A1A2⊥OA1交x轴于点A2；将OA2绕点O顺时针旋转45°到OA3，扫过的面积记为S2，A3A4⊥OA3交y轴于点A4；将OA4绕点O顺时针旋转45°到OA5扫过的面积记为S3；…；按此规律，则S2023为（ ）
A．22019πB．22020πC．22021πD．22022π
【答案】A
【分析】根据等腰直角三角形的性质可得出扇形的半径，写出部分Sn的值，根据数的变化找出变化规律Sn=2n−4π，依此规律即可得出结论．
本题考查了坐标与图形性质−旋转，等腰直角三角形的性质以及扇形的面积，解此题的关键是找出规律Sn=2n−4π．
【详解】解：由题意△A1OA2、△A3OA4、△A5OA6、…、都是等腰直角三角形，
∴OA2=2，OA4=2，OA6=22，…，
∴S1=45π×12360=18π，S2=45π×(2)2360=14π，S3=45π×22360=12π，S4=45π×(22)2360，
…；
∴Sn=2n−4π，
∴S2023=22019π，
故选：A．
【变式7-1】（23-24九年级·河南洛阳·期末）如图，在矩形ABCD中，AC=4，将△ADC绕点A按逆时针方向旋转到△AEF（点A、B、E在同一直线上），则AC在运动过程中所扫过的面积为 ．
【答案】4π
【分析】本题考查了旋转的性质，扇形面积的计算，矩形的性质，根据旋转的性质可得∠CAD=∠BAF,AC=AF=4，然后根据扇形的面积列式计算即可得解．
【详解】解：在矩形ABCD中，∵∠CAD+∠CAB=90°，
由旋转的性质得，∠CAD=∠BAF,AC=AF=4，
∴∠CAF=∠EAF+∠CAB=90°，
∴AC在运动过程中所扫过的面积=90π×42360=4π．
故答案为：4π．
【变式7-2】（2024·山东济南·模拟预测）如图，在△ABC中，已知AB=4，将△ABC绕点A逆时针旋转40°得到△ADE，点B经过的路径为BD，则图中阴影部分的面积为（ ）
A．143π−6B．169π
C．338π−3D．条件不足，无法计算
【答案】B
【分析】本题考查了旋转的性质，扇形面积．正确表示阴影部分的面积是解题的关键．
由旋转的性质可知，S△ABC=S△ADE，∠BAD=40°，根据S阴影=S△ADE+S扇形BAD−S△ABC=S扇形BAD=40×π×42360，计算求解即可．
【详解】解：由旋转的性质可知，S△ABC=S△ADE，∠BAD=40°，
∴S阴影=S△ADE+S扇形BAD−S△ABC=S扇形BAD=40×π×42360=169π，
故选：B．
【变式7-3】（23-24九年级·河北石家庄·期中）如图，已知AB所在圆的半径为5，弦AB的长8，点P是AB中点，AB绕点A逆时针旋转90°后得到AB′，两位同学提出了相关结论：
嘉嘉：AP的长为25；琪琪：AP扫过的面积为5π
下列论正确的是（ ）
A．两人都错B．嘉嘉对，琪琪错C．嘉嘉错，琪琪对D．两人都对
【答案】B
【分析】本题考查了垂径定理，勾股定理，扇形面积，令AB所在圆的圆心为点O，连接OA,OP，OP与AB相交于点Q，根据垂径定理得出AQ=12AB=4，OP⊥AB，设PQ=x，则OQ=5−x，根据勾股定理，建立方程，求出PQ=2，则AP=AQ2+PQ2=25，即可判断嘉嘉的结论；由旋转的性质得出∠PAP′=90°，再根据扇形面积公式S=nπr2360，即可求出AP扫过的面积，即可判断淇淇的结论．
【详解】解：令AB所在圆的圆心为点O，连接OA,OP，OP与AB相交于点Q，
∵点P是AB中点，
∴AQ=12AB=4，OP⊥AB，
设PQ=x，则OQ=5−x，
根据勾股定理可得：AQ2+OQ2=OA2，
即42+5−x2=52，
解得：x1=2,x2=8（舍去），
∴PQ=2，
∴AP=AQ2+PQ2=25，故嘉嘉对；
∵AB绕点A逆时针旋转90°后得到AB′，
∴∠PAP′=90°，
∴AP扫过的面积=90π×252360=5π，故琪琪错；
故选：B．
【题型8 与圆锥有关的计算】
【例8】（23-24九年级·四川绵阳·期末）如图所示，把矩形纸片ABCD分割成正方形纸片ABFE和矩形纸片EFCD后，分别裁出扇形ABF和半径最大的圆，恰好能作为一个圆锥的侧面和底面，若该圆锥的高为15，则AD的长为（ ）
A．8B．82C．63D．6
【答案】D
【分析】本题考查圆锥的计算，解题的关键是理解题意，学会利用参数构建方程解决问题．设CF=2r，BF=R，首先证明R=4r，再利用勾股定理求出r，可得结论．
【详解】解：设CF=2r，BF=R，
则有14×2πR=2πr，
∴R=4r，
∵R2=ℎ2+r2，
∴16r2=15+r2，
∴r2=1，
∵r>0，
∴r=1，
∴R=4，
∵AD=BC=R+2r=4+2=6．
故选：D．
【变式8-1】（23-24九年级·四川自贡·期末）若一个圆锥的底面半径为2cm，高为42cm，则圆锥的侧面展开图中圆心角的度数为（ ）
A．80°B．100°C．120°D．150°
【答案】C
【分析】设圆锥的侧面展开图中圆心角的度数为n°，先利用勾股定理计算出圆锥的母线长为6，再利用圆锥的侧面展开图为一扇形，这个扇形的弧长等于圆锥底面的周长，扇形的半径等于圆锥的母线长和弧长公式得到2π×2＝n⋅π⋅6180，然后解关于n的方程即可．
【详解】解：设圆锥的侧面展开图中圆心角的度数为n°，
圆锥的母线长为22+(42)2＝6，
所以2π×2＝n·π·6180，解得n＝120，
即圆锥的侧面展开图中圆心角的度数为120°．
故选：C．
【点睛】本题考查求圆锥侧面展开图的圆心角，勾股定理. 理解圆锥的侧面展开图为一扇形，这个扇形的弧长等于圆锥底面的周长，扇形的半径等于圆锥的母线长是解决此题的关键.
【变式8-2】（23-24九年级·云南红河·期末）一个圆锥的侧面积是底面积的2倍，则该圆锥的侧面展开图的扇形圆心角等于（ ）
A．90°B．120°C．150°D．180°
【答案】D
【分析】本题考查了圆锥的侧面积展开计算，熟练掌握弧长公式，扇形面积公式是解题的关键．
设圆锥的母线为l，底面半径为r，侧面展开图的扇形圆心角为n°，根据圆锥侧面积与底面积的关系建立方程求解即可；
【详解】解：设圆锥的母线为l，底面半径为r，侧面展开图的扇形圆心角为n°，
根据圆锥侧面积与底面积的关系有12lR=2πr2，其中l=2πr，
∴R=2r，
∴nπ2r180=2πr=l，
∴n=180°，
故选：D
【变式8-3】（23-24·云南·模拟预测）如图，菱形ABCD的周长为48，以点B为圆心，AB为半径画圆弧AC得到扇形BAC（阴影部分）．若扇形BAC正好是一个圆锥的侧面展开图，且该圆锥的高为8．则扇形BAC（阴影部分）的面积为（ ）
A．48πB．485πC．1235πD．1274π
【答案】B
【分析】本题考查了菱形的性质、勾股定理、圆锥侧面积的计算，由题意得出AB=BC=12，即圆锥的母线长为12，由勾股定理得出底面半径为r=45，再由圆锥侧面积公式计算即可得出答案．
【详解】解：∵菱形ABCD的周长为48，
∴AB=BC=48÷4=12，即圆锥的母线长为12，
∵该圆锥的高为8，
∴底面半径为r=122−82=45，
∴由圆锥侧面积公式得：S=πrl=π×45×12=485π，
∴S阴影=485π，
故选：B．
【题型9 圆锥中的实际应用】
【例9】（23-24九年级·安徽阜阳·阶段练习）图1中的冰激凌的外包装可以视为圆锥（如图2），制作这种外包装需要用如图3所示的等腰三角形材料，其中AB=AC,AD⊥BC，将扇形EAF围成圆锥时，AE,AF恰好重合．已知这种加工材料的顶角∠BAC=90°，圆锥底面圆的直径DE为5cm．
(1)求图2中圆锥的母线AE的长．
(2)求加工材料剩余部分（图3中阴影部分）的面积．（结果保留π）
【答案】(1)10cm
(2)(100−25π)cm2
【分析】本题考查了圆锥的计算：圆锥的侧面展开图为一扇形，这个扇形的弧长等于圆锥底面的周长，扇形的半径等于圆锥的母线长．也考查了等腰直角三角形的性质．
（1）由于圆锥的侧面展开图为扇形，这个扇形的弧长等于圆锥底面的周长，扇形的半径等于圆锥的母线长，则利用弧长公式得到π⋅DE=90⋅π⋅AD180，从而求出AD=2DE=10cm，再由AE=AD即可求解；
（2）先根据等腰直角三角形的性质得到BC=2AD=20cm，再利用扇形的面积公式，利用S阴影部分=S△ABC−S扇形EAF进行计算．
【详解】（1）解：根据题意得π⋅DE=90⋅π⋅AD180，
∴AD=2DE=2×5=10cm，
∴AE=AD=10cm；
（2）解：∵∠BAC=90°，AB=AC，AD⊥BC，
而AD=10cm，
∴BC=2AD=20cm，
∴S阴影部分=S△ABC−S扇形EAF
=12×10×20−90×π×102360
=(100−25π)cm2．
【变式9-1】（23-24·安徽·二模）《九章算术》中有如下问题：“在屋内墙角处堆放米（如图，米堆为一个圆锥的四分之一），米堆底部的弧长为8尺，米堆高5尺，问米堆的体积和堆放的米各为多少？”已知1斛米的体积约为1.62立方尺，圆周率约为3，估算出堆放的米约有 斛．

【答案】22
【分析】根据米堆的底部的弧度即底面圆周的四分之一为8尺，可求出圆锥的底面半径，从而计算出米堆的体积，用体积除以每斛的体积即可求得斛数．
【详解】解：设米堆所在圆锥的底面半径为r尺，由题意，得：14×2πr=8，
∴r=16π，
∴米堆的体积为：14⋅13πr2×5=3203π≈35.56，
∴米堆的斛数为：≈22；
故答案为：22．
【点睛】本题考查了圆锥的计算及弧长的计算，解题的关键是从实际问题中抽象出圆锥的知识，难度不大．
【变式9-2】（23-24九年级·贵州铜仁·阶段练习）如图是一款近似圆锥形帐篷，其侧面展开后是一个半径为3m、圆心角为120°的扇形，制作这顶帐篷（侧面与底面）需要多少平方米的材料？（结果保留π）

【答案】4πm2
【分析】本题考查了圆锥的侧面积与底面积的计算，先由扇形面积公式计算出帐篷的侧面需要的材料，设帐篷的底面半径为r，则2πr=120180×3×π，求出底面半径，从而得出帐篷的底面需要的材料，即可得解．
【详解】解：由题意得：帐篷的侧面需要的材料为：120360×32×π=3πm2，
设帐篷的底面半径为r，则2πr=120180×3×π，
解得：r=1，
∴帐篷的底面需要的材料为πr2=πm2，
∴制作这顶帐篷（侧面与底面）需要的材料为：π+3π=4πm2．
【变式9-3】（23-24·湖南邵阳·模拟预测）在一次科学探究实验中，小明将半径为5cm的圆形滤纸片按图1所示的步骤进行折叠，并围成圆锥形．
(1)取一漏斗，上部的圆锥形内壁（忽略漏斗管口处）的母线OB长为6cm，开口圆的直径为6cm．当滤纸片重叠部分三层，且每层为14圆时，滤纸围成的圆锥形放入该漏斗中，能否紧贴此漏斗的内壁（忽略漏斗管口处），请你用所学的数学知识说明；
(2)假设有一特殊规格的漏斗，其母线长为6cm，开口圆的直径为7.2cm，现将同样大小的滤纸围成重叠部分为三层的圆锥形，放入此漏斗中，且能紧贴漏斗内壁．问重叠部分每层的面积为多少？
【答案】(1)能，见解析
(2)5πcm2
【分析】此题考查了圆锥侧面积实际应用．
（1）证明表面是否紧贴只需考虑展开图的圆心角是否相等．即可得到结论；
（2）求出扇形弧长为7.2πcm，则圆心角为7.2π÷6×180°π=216°，滤纸片如紧贴漏斗壁，其围成圆锥的最外层侧面展开图的圆心角也应为216°，由重叠部分每层面积为圆形滤纸片的面积减去围成圆锥的最外层侧面展开图的面积的差的一半，进一步即可得到滤纸重叠部分每层面积．
【详解】（1）解：如图所示：
∵表面紧贴的两圆锥形的侧面展开图为圆心角相同的两扇形，
∴表面是否紧贴只需考虑展开图的圆心角是否相等．
由于滤纸围成的圆锥形只有最外层侧面紧贴漏斗内壁，故只考虑该滤纸圆锥最外层的侧面和漏斗内壁圆锥侧面的关系．
将圆形滤纸片按图示的步骤折成四层且每层为14圆，
则围成的圆锥形的侧面积=1−2×14S滤纸圆=12S滤纸圆．
∴它的侧面展开图是半圆，其圆心角为180度，
如将漏斗内壁构成的圆锥侧面也抽象地展开，展开的扇形弧长为：πd=π×6=6πcm，
该侧面展开图的圆心角为6π÷6×180°π=180°．
由此可以看出两圆锥的侧面展开得到的扇形，它们的圆心角相等．
∴该滤纸围成的圆锥形必能紧贴漏斗内壁．
（2）如果抽象地将母线长为6cm，开口圆直径为7.2cm的特殊规格的漏斗内壁圆锥侧面展开，得到的扇形弧长为7.2πcm，
圆心角为7.2π÷6×180°π=216°，
滤纸片如紧贴漏斗壁，其围成圆锥的最外层侧面展开图的圆心角也应为216°，
又∵重叠部分每层面积为圆形滤纸片的面积减去围成圆锥的最外层侧面展开图的面积的差的一半，
∴滤纸重叠部分每层面积=25π−216360×25π÷2=5πcm2．
【题型10 求圆锥侧面中最短距离】
【例10】（23-24·湖北十堰·中考真题）如图，已知点C为圆锥母线SB的中点，AB为底面圆的直径，SB=6，AB=4，一只蚂蚁沿着圆锥的侧面从A点爬到C点，则蚂蚁爬行的最短路程为（ ）

A．5B．33C．32D．63
【答案】B
【分析】连接AB，先根据直径求出底面周长，根据底面周长等于展开后扇形的弧长可求出圆锥的侧面展开后的圆心角，可得△SAB是等边三角形，即可求解．
【详解】解：连接AB，如图所示，

∵AB为底面圆的直径，AB=4，
设半径为r,
∴底面周长=2πr=4π，
设圆锥的侧面展开后的圆心角为n，
∵圆锥母线SB=6，
根据底面周长等于展开后扇形的弧长可得：4π=nπ×6180°，
解得：n=120°，
∴∠ASC=60°，
∵半径SA=SB，
∴△SAB是等边三角形，
在Rt△ACS中，AC=6×32=33，
∴蚂蚁爬行的最短路程为33，
故选：B．
【点睛】本题考查平面展开—最短路径问题，圆锥的侧面展开图是一个扇形。扇形的弧长等于圆锥底面周长，扇形的半径等于圆锥的母线长，本题就是把圆锥的侧面展开成扇形，化曲面为平面，进行求解．
【变式10-1】（23-24九年级·广西河池·期末）如图是一个用来盛爆米花的圆锥形纸杯，纸杯开口圆的直径EF长为5cm，母线OEOF长为5cm.在母线OF上的点A处有一块爆米花残渣，且FA=2cm，一只蚂蚁从杯口的点E处沿圆锥表面爬行到A点，则此蚂蚁爬行的最短距离为 cm．
【答案】34
【分析】要求蚂蚁爬行的最短距离，需将圆锥的侧面展开，进而根据“两点之间线段最短”得出结果．
【详解】解：∵OE=OF=EF=5(cm)，
∴底面周长=5π(cm)，
将圆锥侧面沿OF剪开展平得一扇形，此扇形的半径OE=5(cm)，弧长等于圆锥底面圆的周长5π(cm)
设扇形圆心角度数为n，则根据弧长公式得：
5π=5nπ180，
∴n=180°，
即展开图是一个半圆，
∵E点是展开图弧的中点，
∴∠EOF=90°，
连接EA，则EA就是蚂蚁爬行的最短距离，
在RtΔAOE中由勾股定理得，
EA2=OE2+OA2=52+5−22=34，
∴EA=34(cm)，
即蚂蚁爬行的最短距离是34cm．
故答案为：34．
【点睛】考查了平面展开−最短路径问题，圆锥的侧面展开图是一个扇形，此扇形的弧长等于圆锥底面周长，扇形的半径等于圆锥的母线长．本题就是把圆锥的侧面展开成扇形，“化曲面为平面”，用勾股定理解决．
【变式10-2】（2015·山东青岛·二模）如图是一个用来盛爆米花的圆锥形纸杯，纸杯开口圆的直径EF长为6 cm，母线OE（OF）长为9cm．在母线OF上的点A处有一块爆米花残渣，且FA = 3cm．在母线OE上的点B处有一只蚂蚁，且EB = 1cm．这只蚂蚁从点B处沿圆锥表面爬行到A点，则爬行的最短距离为 cm．
【答案】213
【分析】最短距离的问题首先应转化为圆锥的侧面展开图的问题，转化为平面上两点间的距离的问题．需先算出圆锥侧面展开图的扇形半径．看如何构成一个直角三角形，然后根据勾股定理进行计算．
【详解】如图，过点A作AH⊥OB于H．
∵OE=OF=9cm，FA=3cm，EB=1cm，
∴OA=6cm，OB=8cm．
圆锥的底面周长是π×6=6π，则6π=nπ×9180，
∴n=120°，
即圆锥侧面展开图的圆心角是120°．
∴∠EOF=60°，
∴AH=6×32=33（cm），OH=6×12=3（cm），
∴BH=OB-OH=5cm，
∴在直角△ABH中，由勾股定理得到：AB=AH2+BH2=213（cm）．
【变式10-3】（23-24九年级·山东泰安·期末）如图1，圆锥底面圆半径为1，母线长为4，图2为其侧面展开图．
（1）求阴影部分面积（π可作为最后结果）；
（2）母线SC是一条蜜糖线，一只蚂蚁从A沿着圆锥表面最少需要爬多远才能吃到蜜糖？

【答案】（1）S阴=4π﹣8；（2）一只蚂蚁从A沿着圆锥表面最少需要爬22个单位长度才能吃到蜜糖
【分析】（1）如图2中，作SE⊥AF交弧AF于C．设图2中的扇形的圆心角为n°，由题意nπ⋅4180=2π•1，求出n即可解决问题；
（2）在图2中，根据垂线段最短求出AE，即为最短的长度．
【详解】解：（1）如图2中，作SE⊥AF交弧AF于C，
设图2中的扇形的圆心角为n°，由题意nπ⋅4180=2π•1，
∴n=90°，
∵SA=SF，
∴△SFA是等腰直角三角形，
∴ S△SAF=12×4×4=8
又S扇形SAF= 90π⋅42360，
∴S阴=S扇形SAF﹣S△SAF=90π⋅42360﹣8=4π﹣8．
（2）在图2中，∵SC是一条蜜糖线，AE⊥SC， AF=42，AE=22，
∴一只蚂蚁从A沿着圆锥表面最少需要爬22个单位长度才能吃到蜜糖．