5.新课标运算能力如图,等边三角形$OAB$在平面直角坐标系中,已知点$A(2,0)$,将$\triangle OAB绕点O沿顺时针方向旋转\alpha^{\circ}(0 < \alpha < 360)得\triangle OA_{1}B_{1}$。
(1)求点$B$的坐标。
(2)当点$A_{1}与点B_{1}$的纵坐标相同时,求$\alpha的值及点B_{1}$的坐标。

答案:解析 (1) 过点 $B$ 作 $BC \perp OA$,垂足为 $C$(图略),$\because A(2,0)$,$\therefore OA = 2$。$\because \triangle OAB$ 为等边三角形,$BC \perp OA$,$\therefore OC = CA = 1$,$OB = OA = 2$。由勾股定理得 $BC = \sqrt{3}$。$\therefore$ 点 $B$ 的坐标为 $(1,\sqrt{3})$。
(2) $\because$ 点 $B_1$ 与点 $A_1$ 的纵坐标相同,$\therefore A_1B_1 // OA$。
如图①,当 $\alpha = 300$ 时,点 $A_1$ 与点 $B_1$ 的纵坐标相同,由旋转的性质可知 $A_1B_1 = AB = OA = 2$。$\because$ 点 $B$ 的坐标为 $(1,\sqrt{3})$,$\therefore$ 易得点 $B_1$ 的坐标为 $(-1,\sqrt{3})$。
如图②,当 $\alpha = 120$ 时,点 $A$ 与点 $B$ 的纵坐标相同,设 $A_1B_1$ 与 $y$ 轴交于点 $E$,易得 $\angle B_1OE = 30^{\circ}$,$\angle B_1EO = 90^{\circ}$,$OB = 2$,$\therefore B_1E = \frac{1}{2}OB = 1$,$\therefore OE = \sqrt{2^2 - 1^2} = \sqrt{3}$,$\therefore$ 点 $B_1$ 的坐标为 $(1,-\sqrt{3})$。
综上,当 $\alpha = 300$ 或 $120$ 时,$A_1$ 与 $B_1$ 的纵坐标相同,对应的点 $B_1$ 的坐标为 $(-1,\sqrt{3})$ 或 $(1,-\sqrt{3})$。