例题 01 七种生活中的影 知识清单例题
题目
下列现象中,属于中心投影的是
①太阳光下窗户的影子;②台灯下书本的影子;③手电筒照射下纸片的影子;④晚上路灯下人的影子;⑤阳光下旗杆的影子;⑥皮影戏中的影子;⑦日晷的晷针在晷面上形成的影子.
答案与解析
解析
①⑤⑦使用同地同刻太阳平行光模型。②③④⑥在本题中把灯光近似为从一点发出的光线,属于中心投影。实际灯具有尺寸,手电筒也有光学结构;这里判断的是题目采用的模型,不是对所有实际光束无条件分类。
本题结论
②③④⑥。
约 11105 字大约 37 分钟
影子由光、物体与投影面共同决定;三视图则用三个固定方向表达立体。先分清光线模型和观察方向,再用相似、尺寸对应及遮挡关系求解。
光线照射物体,在某个平面上形成的影叫作投影。光线所在的直线叫投影线,影所在的平面叫投影面。讨论时必须同时指定光源、物体、投影面及物影对应点。
| 模型 | 投影线关系 | 常见理想化情形 | 怎样核验 |
|---|---|---|---|
| 平行投影 | 各线同向平行 | 同地同刻的太阳光 | 连物体边界点与真实对应影点,看是否平行 |
| 中心投影 | 各线经过同一点 O | 把台灯、路灯等近似为点光源 | 对应线反向延长是否共点 |
| 正投影 | 平行且垂直投影面 | 三视图使用的投影 | 除平行外,还须核垂直 |
正投影是平行投影的特例,不能把所有太阳光投影都叫正投影。实际灯有尺寸,本页的灯光题采用点光源模型,不讨论折射。物体挡住光后,影点须落在指定面上,按光源、物点、影点的传播次序判断。
影子一样长,不足以判定平行投影。 等高物体若分居灯脚两侧等距离处,中心投影的影也可能等长。
同地同刻、同一水平地面上的竖直物体,其顶端光线互相平行,形成两个锐角相等的直角三角形,由 AA 相似:
水平影长1物高1=水平影长2物高2.
若太阳光与地面的锐角为 α,物高为 h、水平影长为 s,则 h/s=tanα。同高时,太阳高度角越大,影越短;影向与太阳的地面方向相反。影向和日内变化还受地点、日期影响,不能给整个北半球套一条固定方位序列,也不能把钟表12点无条件当作当地太阳正午。
同一光向下,平行于地面的水平线段投影等长,因为各点沿同方向、跨同高度落到地面,相当于统一平移。物体转向、升降或投影面改变时,须重新判断。
若影落到墙上,墙上的竖段不是水平影。应过墙上影端作水平线,先求物顶至这条线的高度差,再按点序补回或减去剩余高度。
固定灯高 H,竖杆高 h,灯脚到杆脚的水平距离 x,且 0<h<H。设地面影长为 s,两相似直角三角形给出
Hh=x+ss⟹hx=(H−h)s⟹s=H−hhx.
大三角形的底是“脚距加影长”,不是单独的 x。固定灯高和杆高后,影长与到灯脚的距离成正比,跨过灯脚时应分两侧看距离。若把人体简化为竖直线段,在灯正下方线段影可缩成点;真实人体有宽度,影不会因此完全消失。
若改为离地 h、平行于地面的水平纸板,各投影线从同一中心出发,平行截形使所有边有统一的放大率
k=H−hH,S原S影=k2.
因此同高水平平移纸板,影的位置会变,但边长与面积不变;升高、倾斜或移动灯则不同。h=H 时上述分母为0,不能套有限影的公式,必须重新画光线。
| 物体相对投影面的位置 | 线段的正投影 | 平面纸板的正投影 |
|---|---|---|
| 平行 | 等长线段 | 形状、大小不变 |
| 倾斜 | 一般缩短 | 一般压缩变形 |
| 垂直 | 一个点 | 一条线段 |
长度为什么不增长? 将线段两端垂直投到同一平面,原长 L、影长 l 与两端高度差 d 满足 L2=l2+d2,故 l≤L。这是正投影的结论,斜向平行投影不能直接套用。
非退化的平行投影保持平行边的平行关系,但不一定保角度、长度。若边沿投影线方向,可能缩成一点;纸板侧立时也可能整体退化,谈投影图形种类前要先排除这些情况。


眼睛所在位置叫视点,由视点表示观察方向的线叫视线,两条视线的夹角叫视角。障碍物遮挡后看不到的范围叫盲区。视线是几何辅助线,不是太阳或灯实际发出的光线。
连接视点与障碍物的顶端或侧缘,延长至指定观测面,得到可见与不可见的边界。地面上的盲段长度、被遮挡的面积和视角范围是不同的量,不能混称“盲区大小”。
在水平地面模型中,固定眼高 H、障碍高 h,H>h>0,眼到障碍的水平距离为 d。设障碍后方的地面盲段长为 l,相似给出
dH−h=lh⟹l=H−hhd.
所以固定两种高度时,靠近障碍使 d 减小,这段后方地面盲段反而缩短。若眼不高于障碍,或改看另一面、改变眼高,就要重画临界线;“越近盲区必越大”不是可直接使用的通则。
图中 AO=H,BD=h,OD=d,DE=l;橙色段表示这里讨论的地面盲段。
三视图是在三个互相垂直的投影面上作正投影。物体的“前方”以题图箭头为准,不由纸面哪边更近决定。
| 视图 | 观察方向 | 保留的尺寸 |
|---|---|---|
| 主视图 | 从前向后 | 左右长度与上下高度 |
| 俯视图 | 从上向下 | 左右长度与前后宽度 |
| 左视图 | 从左向右 | 前后宽度与上下高度 |
主、俯共享左右长度,所以长对正;主、左共享上下高度,所以高平齐;俯、左共享前后宽度,所以宽相等。通常把俯视图放在主视图下方,把左视图放在主视图右方;版面位置不改变观察方向。
三视图不是透视照片,不画近大远小,也不把颜色、包装文字等装饰当作棱。
以下按常见的正放姿态比较,圆柱、圆锥的轴垂直水平面。
| 几何体 | 主视图 | 左视图 | 俯视图 |
|---|---|---|---|
| 正方体 | 正方形 | 同样的正方形 | 同样的正方形 |
| 长方体 | 长×高矩形 | 宽×高矩形 | 长×宽矩形 |
| 圆柱 | 矩形 | 矩形 | 圆 |
| 圆锥 | 等腰三角形 | 等腰三角形 | 圆,并保留顶点投影的圆心点 |
| 球 | 圆 | 同径圆 | 同径圆 |
圆柱侧向投影中,圆底压成线段,侧面外轮廓组成矩形;圆锥从底部向顶点收拢,侧视形成三角形;球从任一方向正投影都是同径圆。物体换姿态,除球等特殊情形外,视图可能改变。
组合体可先拆成基本部件,再按同一方向合并。反过来,仅看到一个矩形或圆,不能唯一认定一个立体;应同时核对三图与给定选项,包括圆直径、底座宽度和上下部件的位置关系。
下面五行各从左到右依次为实体、主视图、左视图、俯视图,须在对应姿态下阅读。





沿投影方向想象视线先碰到哪个面:槽口边从上看可见,但向外扩张的槽底边仍可能被上部实体遮住;顶部封闭的孔边从上看隐藏。不能把“图形内部的线”一律画成虚线,也不能把所有开槽内部边都画实线。
对于从地面逐层堆成、各柱没有空洞或悬空的小正方体模型,在俯视每格标该柱高度:空格0,非空格为正整数。
| 信息 | 限制什么 |
|---|---|
| 俯视图 | 哪些位置非空,不直接给总块数 |
| 主视图 | 每个左右列中,最高柱的高度 |
| 左视图 | 每个前后排中,最高柱的高度 |
| 总块数 | 所有柱高之和 |
投影使不同深度的方块重叠,所以外顶轮廓由最高柱控制。求最多时,先给每格上界,再构造同时满足所有视图的摆法;没有给出的第三视图不能擅自补上。即使有三个视图,也不保证任意复杂堆形都唯一,必须实际检验约束。
先找物顶与它对应的影端,再连至少两条独立投影线。平行或共点必须能解释全部已给物影,不能只凭影长、影大小猜光源;生活题则按题目约定的理想光线模型归类。
题目
下列现象中,属于中心投影的是
①太阳光下窗户的影子;②台灯下书本的影子;③手电筒照射下纸片的影子;④晚上路灯下人的影子;⑤阳光下旗杆的影子;⑥皮影戏中的影子;⑦日晷的晷针在晷面上形成的影子.
解析
①⑤⑦使用同地同刻太阳平行光模型。②③④⑥在本题中把灯光近似为从一点发出的光线,属于中心投影。实际灯具有尺寸,手电筒也有光学结构;这里判断的是题目采用的模型,不是对所有实际光束无条件分类。
本题结论
②③④⑥。
题目
如图,AB 表示一圆形桌面,MN 表示该桌面在某光源下的影子,则 MN 属于____投影.(填“平行”或“中心”)
解析
连接 MA,NB 并反向延长,两线相交于同一点,能作为点光源的位置,所以属于中心投影。
桌面与地面平行,若是平行光,各点只沿统一方向跨相同高度移动,桌面投影不会像图中那样放大。这里应以对应线共点为主要依据,不把任何“影变大”都当成充分判据。
本题结论
中心投影。
太阳光题由一组已知物影确定方向,过新物顶作平行线;点光源题先用两组对应点确定光源,再让光线经过新物顶。交点须在指定投影面上,最后标的是物脚至影端的影段,不是整条光线。
题目
如图, 已知 AB 和 DE 是直立在地面上的两根立柱, AB = 50 cm, 某一时刻 AB 在阳光下的投影 BC = 30 cm, 请在图中画出此时 DE 在阳光下的投影.

解析

连接 AC,得到太阳光线的方向。过 D 作 AC 的平行线,交地面于 F,则 EF 是 DE 的影。
原题未给 DE 长度,要求是作图,不需也不能自补其影长。已知 AB/BC=50/30=5/3 只用于核对共同高影比。
本题结论
所作线与地面交于F,影为线段EF。
题目
如图,电线杆上方有一盏路灯 O,电线杆与三个等高的标杆整齐地排列在马路的一侧,AB、CD、EF 是三个标杆,BM、DN 分别是标杆 AB、CD 在路灯下的影子.
(1)请画出路灯 O 的位置。(2)画出标杆 EF 在路灯下的影子 FH.

解析

(1)连接 MA,NC,从影端经过物顶向上反向延长,两线的交点就是 O。
(2)连接 OE 并按光传播方向延长,与地面交于 H,则 FH 为第三根标杆的影。O,E,H 共线用于确定影端,但影长不是 OH。只有一组对应点时通常不能唯一定位灯,需要两条独立相交的线。
本题结论
(1)两反向延长线交点O;(2)影为FH。
过墙上影端作水平线,找到与已知水平距离配对的竖直落差,再用共同高影比。最后明确题目求物体全高还是墙上剩余影高:前者常要加,后者常要从全高减去。
题目
如图,某一时刻在旗杆旁测得1米长的竹竿竖直放置时影长为1.5米,在同一时刻测量旗杆的影长时,因旗杆靠近一幢楼,影子有一部分落在墙上,测得落在地面上的影长为21米,落在墙上的影长为2米,则旗杆的高度为____米.

解析

过 C 作 CE∥BD,交旗杆于 E。由矩形关系,CE=BD=21 米,EB=CD=2 米。
共同光线倾角给出 AE/CE=1/1.5,所以 AE=21/1.5=14 米。所求全高 AB=AE+EB=14+2=16 米。不能先把地影21和墙影2加成23,再把折线长度当作水平影。
本题结论
16米。
题目
如图,甲楼 AB 高 18 米,乙楼 CD 坐落在甲楼的正北面,两楼相距 20 米,已知当地某天中午 12:00 时,物高与影长的比是 1:2 ,求甲楼的影子落在乙楼上的高度.(结果保留根号)

解析

按题图,甲楼顶部 A 的影落在乙墙 E。作 EF⊥AB,则 EF=20 米。共同高影比给出 AF/EF=1/2,所以 AF=102 米。
墙影高 DE=FB=AB−AF=18−102 米,为正且小于甲楼高度。题目已给当天的影向与高影比,不单凭“12:00”自行推断太阳方位;结论还依图示乙墙包含交点 E。
本题结论
(18−102) 米。
每个位置分别写“小高/大高=小影/从灯脚到影端的总距”。两次灯高、身高相同,可令两个比相等。特别注意第二次脚距已经改变,分母还要再加第二次影长。
题目
如图,有一路灯 AB,在灯光下,大华在 D 点处的影长 DE=3 米,沿 BD 方向走到 G 点, DG=5 米,这时大华的影长 GH=5 米.如果大华的身高为 2 米,求路灯 AB 的高度.

解析
设 AB=H 米、BD=x>0 米。由两组相似三角形,
H2=x+33,H2=x+5+55.
因此 3(x+10)=5(x+3),解得 x=7.5。代入 2/H=3/10.5,得 H=7。
检验:灯高7大于身高2,脚距均为正;第二位置满足 2/7=5/17.5,与原影长一致。
本题结论
路灯高7米。
平行纸板与投影面形成位似。先把“光源到原物体上对应点”与“光源到影点”的总距对应起来,再求边倍率;面积倍率是边倍率的平方。同高平移时倍率不变,只能推出影的大小不变,不能推出影的位置不变。
题目
(2024四川凉山州)如图,一块面积为 60 cm2 的三角形硬纸板(记为 △ABC )平行于投影面时,在点光源 O 的照射下形成的投影是 △A1B1C1 ,若 OB:BB1=2:3 ,则 △A1B1C1 的面积是 ()
A. 90 cm2
B. 135 cm2
C. 150 cm2
D. 375 cm2

解析
按图 O,B,B1 依次共线,OB:BB1=2:3,故 OB:OB1=2:(2+3)=2:5。两图位似,影与原图的边比为 5/2,面积比为 25/4,所以影面积 60×25/4=375 平方厘米。
A把分段比直接当面积比;B把错误的分段边比平方;C用了正确边比却漏平方。只有D符合面积关系。
本题结论
D,375 cm2。
题目
(2023 江苏南京节选) 如图, 玻璃桌面与地面平行, 桌面上有一盏台灯和一支铅笔, 点光源 O 与铅笔 AB 所确定的平面垂直于桌面. 在灯光照射下, AB 在地面上形成的影子为 CD (不计折射), AB∥CD . 在桌面上沿着 AB 方向平移铅笔, 试说明 CD 的长度不变.

解析
设铅笔平移至 EF,影为 MN。两组相似关系给出
CDAB=ODOB,MNEF=OMOE.
桌面与地面平行且高度固定,所以从同一光源出发的各射线截得的对应总距比相同,OB/OD=OE/OM。于是 AB/CD=EF/MN。平移保持 EF=AB>0,约去这一共同长度,得 MN=CD。
证明的是影的长度不变,端点位置通常会移动;若升高、倾斜铅笔或移动灯,固定比例的前提不再成立。
本题结论
平移前后影长相等。
先锁定题问的主、俯、左视方向,再看外轮廓,最后逐条检查内部棱是否可见。选择题要用同一组标准排除每个选项,不能只看某个外形相似就停下。
题目
如图所示,水杯的杯口与投影面平行,太阳光线的方向如箭头所示,它的正投影是()

解析
杯口平行于投影面,而光线垂直投影面,相当于从杯口正上方看。圆口保持为圆,右侧杯把投影为外侧短线,选D。
A、B是矩形侧面轮廓,分别把杯把画在右、左;C不是圆口且漏杯把。
本题结论
D。
题目
一个机器零件如图水平放置,它的俯视图是
( )

解析
从上往下,外轮廓为横向矩形。孔边被顶部实体遮挡,对应两条纵向虚线,所以B正确。
A为带孔的正面轮廓;C将外轮廓和孔线旋转了方向;D把隐藏孔边画成实线。
本题结论
B。
题目
(2024 河南)信阳毛尖是中国十大名茶之一.如图是信阳毛尖茶叶的包装盒,它的主视图为()

解析
按箭头从正面观察,能看到中间与两侧共三个矩形面,投影中应保留两个内部棱的分界,选A。
B仅有两段,漏一条分界;C仅画外矩形,漏内部棱;D为底面六边形,是俯视方向。包装文字和颜色不作为几何棱投影。
本题结论
A。
先按轮廓把组合体拆成上、下或前、后部件,再用另两图检查猜想。圆直径是否等于底座宽、上下是否同宽,都是判断条件。只能在给定条件或选项范围内认定,不能把任意三视图都当作唯一还原复杂实体的保证。
题目
下图是某几何体的三视图,则这个几何体是
( )




解析
俯视外轮廓是矩形,内部为圆;结合主视,可把下部还原为长方体、上部还原为圆柱。左视上下同宽,说明圆柱底面直径等于长方体的宽,C同时符合三图。
A的底座也是圆柱,俯视应为同心圆而非外矩形;B的圆柱太细,左视上部应较窄;D的上部是棱柱,俯视没有圆。
本题结论
C。
先画主视图确定长、高,再在下方画俯视图保持长对正,在右方画左视图保持高平齐,最后核俯、左宽相等。沿每个方向逐条核对棱:可见画实线,被遮挡画虚线。作图后反推一下,检查是否漏掉台阶、槽底或分层。
题目
如图,画出该物体的三视图.

解析

主视轮廓中间高、两侧低;左视为矩形,底层与凸块之间有可见的水平分界;俯视外轮廓为矩形,中部凸块左右两条边从上方可见,应画实线。
下面是常见错误图:左视漏分层,俯视把可见台阶边误画成虚线。

本题结论
正确三视图如解析首图;可见分层及台阶边均用实线。
题目
如图,画出该物体的三视图.

解析

按前方观察,主视为U形;左视看到外侧壁的矩形,槽底横边被侧壁遮住,画虚线;俯视外矩形中的两条槽口边可见,画实线。
主、俯左右长度一致;主、左高度一致;俯、左前后宽度一致,槽宽和侧壁厚度也须在对应图中一致,不能任意拉伸。
本题结论
三视图如解析图,左视槽底为虚线,俯视槽口边为实线。
先在俯视图非空格填至少1,再用主视的列最高和左视的排最高约束柱高。若问最多,给出上界后还要摆出达到上界的方案;若三图恰好确定唯一布局,要说明哪个格能加块、哪个格不能。
题目
由若干个相同的小正方体搭成一个几何体,从不同角度观察该几何体所得到的平面图形如图所示,求搭成这个几何体所用小正方体的个数.

解析
俯视给出四个非空位置,各先有1块。主视要求左列最高2,其余列最高1;左视要求后排最高2、前排最高1。
只有后排左格能够加第2块:前排左格受左视限制不能加,另两列受主视限制不能加。四柱高度依次为2、1、1、1,总块数为5。重投三个方向均符合原图。
本题结论
5个。
题目
一个几何体由若干个大小相同的小正方体组成,它的俯视图和左视图如图所示,则组成该几何体所需小正方体的个数最多为____.

解析
后排有三柱,由左视可知各柱不超过2;前排一柱不超过1,因此总数至多 3×2+1=7。
取后排各高2、前排高1,俯视仍是原四格,左视仍是后2前1,所以上界能够达到。俯视标数如下,空白处没有方块:
| 2 | 2 | 2 |
|---|---|---|
| 1 |
这里没有主视图,不能额外限制某个左右列只能高1。7是最大值,不是说全部合法堆形都恰有7块。后排三柱中至少一柱高2,其余非空柱至少高1,加上前排的1块,最少为5块。后排恰有一、二、三柱高2时,总数分别为5、6、7,三种块数都能实现。
本题结论
最多7个。
先还原基本体,再把图上的每个尺寸放回实际对象。棱柱体积等于底面积乘两平行底面之间的距离;三角形底面自身的高不是棱柱的高,两者不能混用。
题目
如图所示的是一个几何体的三视图,求该几何体的体积.

解析
俯视给出等腰三角形底面,其底边为 1+1=2,对应高为1,所以底面积为 2×1/2=1。
主、左视的共同竖高2是棱柱两底面间距,故体积 V=1×2=2。它是三棱柱,不是三棱锥,不乘 1/3。体积用相应的立方长度单位表示。
本题结论
2立方长度单位。
先画物顶与影端的对应线,再判光源;移动题检查是否跨过灯脚,不能把前半段的变化当成全程。点光源下影长和影向要一起看。
题目
下列投影中,是中心投影的是____.




解析
①②③中,把各人的顶端与对应影端连线,反向延长后可交于同一点,属于中心投影。③虽影长相等,但人物位于灯脚两侧等距离处,影向不同,仍可来自同一点光源。
④的对应投影线同向平行,为平行投影。影长相等不能单独作为排除中心投影的依据。
本题结论
①②③。
题目
如图,晚上小亮在路灯下散步,在小亮由 A 处径直走到 B 处的这一过程中,他在地上的影子的变化情况是 ( )
A.逐渐变短
B.先变短后变长
C. 先变长后变短
D.逐渐变长

解析
从A接近灯脚,距离减小,影长减小;越过灯脚再到B,距离增大,影长增大,故选B。
A只描述前半程,D只描述后半程,C把先后顺序颠倒。简化为竖直线段的人在灯脚处影长为0,不能据此说真实人体的影完全消失。
本题结论
B,先变短后变长。
先检查投影线是否垂直于面。纸板倾斜后可变形,垂直侧立可退化;平行边在非退化投影下仍平行。不能把一个只对正投影成立的长度结论推广到全部阳光斜投影。
题目
在平行光模型下,判断前三条说法;第(4)条先判断正投影条件下能否成立,再说明仅给阳光投影时能否直接使用正投影的不增长判据。
(1)矩形纸板的投影可能是一条线段。
(2)等边三角形木框的投影可能是腰与底边不相等的等腰三角形。
(3)平行四边形纸板的投影不可能是只有一组对边平行的等腰梯形。
(4)边长8的正方形纸板投影可能为长10、宽6的矩形。
解析
(1)正确。纸板侧立、其所在平面包含投影方向时,可以退化成线段。
(2)正确。保留底边方向,沿对称轴压缩高度,可保持左右对称而改变腰与底的关系。
(3)正确。非退化平行投影保持两组对边分别平行,不会变成只有一组对边平行的梯形;退化时不再是梯形。
(4)在正投影条件下不可能,因为原边长8,投影边不能增长到10。若只给“阳光投影”,未明确光线垂直投影面,就不能引用这一长度判据。这一判据要求正投影条件,不能当作所有斜投影的通用结论。
本题结论
(1)正确;(2)正确;(3)正确;(4)在正投影前提下错误,仅给阳光投影不能直接套“不增长”判据。
开槽并不意味着槽内每条棱都能从上方看见。逐条比较上口、下口的位置,判断哪条棱被实体遮挡;先看空间位置,再决定实线或虚线。
题目
如图所示的几何体,其俯视 图是 ( )

解析
从上方看,外轮廓是横矩形。上口较窄,两条上沿靠中间且可见,画实线;槽底向两外侧扩张,两条底边被上方实体遮住,画在外侧的虚线,A正确。
B把上口与底边的内外位置颠倒;C只有一侧正确;D漏掉两条隐藏底边。
本题结论
A。
分别检查三个方向保留的信息:俯视非空位置是否变化,主、左视各列或各排的最高柱是否变化。总块数不变,并不能自动说明某个视图不变;必须按原布局逐向核对。
题目
(2024 山东日照)如图是由 5 个完全相同的小正方体搭成的几何体, 如果将小正方体 A 放置到小正方体 B 的正上方, 则它的三视图变化情况是 ( )
A. 主视图会发生改变
B. 左视图会发生改变
C.俯视图会发生改变
D.三种视图都会发生改变

解析
主视原来下层三格、上层位于中列;移动后下层不变,上层移到右列,主视改变,A正确。
从左看,各前后排的最高位置和高度不变,所以B错误。原A下方仍有底块,B原来所在位置也非空,俯视占位不变,所以C错误;D“三图都变”也错误。
本题结论
A,只有主视图发生改变。