人教版数学必修二1.3球的体积和表面积7
高中数学人教A版必修2《1.3.2球的体积和表面积》教学案1
必修二《1.3.2球的体积和表面积》教学案一、教材分析本节教材直接给出了球的表面积和体积公式，并用两个例题来说明其应用.值得注意的是教学的重点放在球与其他几何体的组合体的有关计算上，这是高考的重点.二、教学目标1．知识与技能(1)了解几何体体积的含义，以及柱体、锥体与台体的体积公式.(不要求记忆公式)(2)熟悉台体与柱体和锥体之间体积的转换关系.(3)培养学生空间想象能力和思维能力.2．过程与方法(1)让学生通过对照比较，理顺柱体、锥体、台体之间的体积关系.(2)通过相关几何体的联系，寻找已知条件的相互转化，解决一些特殊几何体体积的计算.3．情感、态度与价值观通过柱体、锥体、台体体积公式之间的关系培养学生探索意识.三、重点难点教学重点：球的表面积和体积公式的应用.教学难点：关于球的组合体的计算.四、课时安排约1课时五、教学设计(一)导入新课思路1.位于香港栈桥回澜阁西部、西陵峡路东端海滨，有一座新异奇秀的半球形建筑.由香港好世界饮食服务(中国)有限公司等三方合资兴建，1996年9月正式开业，既是岛城饮食服务业的“特一级”店，又是新增加的一处景点.酒店的总建筑面积11380平方米，现酒店管理层决定在半球形屋顶嵌上一层特殊化学材料以更好地保护酒店，那么，需要多少面积的这种化学材料呢？思路2.球既没有底面，也无法像柱体、锥体和台体那样展开成平面图形，那么怎样来求球的表面积与体积呢？球的大小与球的半径有关，如何用球半径来表示球的体积和面积？教师引出课题：球的体积和表面积.(二)推进新课、新知探究球的半径为R ，它的体积和表面积只与半径R 有关，是以R 为自变量的函数.事实上，如果球的半径为R ，那么S =4πR 2，V =334R π.注意：球的体积和表面积公式的证明以后证明.(三)应用示例思路1例1 如图1所示，圆柱的底面直径与高都等于球的直径，求证：图1(1)球的体积等于圆柱体积的32； (2)球的表面积等于圆柱的侧面积.活动：学生思考圆柱和球的结构特征，并展开空间想象.教师可以使用信息技术帮助学生读懂图形.证明：(1)设球的半径为R ，则圆柱的底面半径为R ，高为2R .[来源:学+科+网] 则有V 球=334R π，V 圆柱=πR 2·2R =2πR 3，所以V 球=圆柱V 32. (2)因为S 球=4πR 2，S 圆柱侧=2πR ·2R =4πR 2，所以S 球=S 圆柱侧.点评：本题主要考查有关球的组合体的表面积和体积的计算.解决此类问题的关键是明确组合体的结构特征.变式训练1.如图2(1)所示，表面积为324π的球，其内接正四棱柱的高是14，求这个正四棱柱的表面积.图2解：设球的半径为R ，正四棱柱底面边长为a ，则轴截面如图2(2)，所以AA ′=14，AC =a 2，又∵4πR 2=324π，∴R =9.∴AC =28''22=-CC AC .∴a =8.∴S 表=64×2+32×14=576，即这个正四棱柱的表面积为576.2有一种空心钢球，质量为142 g ，测得外径(直径)等于5 cm ，求它的内径(钢的密度为7.9 g /cm 3，精确到0.1 cm ).解：设空心球内径(直径)为2x cm ，则钢球质量为 7.9·［3334)25(34x ππ-•］=142， ∴x 3=14.349.73142)25(3⨯⨯⨯-≈11.3，∴x ≈2.24，∴直径2x ≈4.5.答：空心钢球的内径约为4.5 cm .例2 如图3所示，表示一个用鲜花做成的花柱，它的下面是一个直径为1 m 、高为3 m 的圆柱形物体，上面是一个半球形体.如果每平方米大约需要鲜花150朵，那么装饰这个花柱大约需要多少朵鲜花(π取3.1)？图3活动：学生思考和讨论如何计算鲜花的朵数.鲜花的朵数等于此几何体的表面积(不含下底面)与每朵鲜花占用的面积.几何体的表面积等于圆柱的侧面积再加上半球的表面积.解：圆柱形物体的侧面面积S 1≈3.1×1×3=9.3(m 2)， 半球形物体的表面积为S 2≈2×3.1×(21)2≈1.6(m 2)， 所以S 1+S 2≈9.3+1.6=10.9(m 2). 10.9×150≈1 635(朵).答：装饰这个花柱大约需要1 635朵鲜花.点评：本题主要考查球和圆柱的组合体的应用，以及解决实际问题的能力. 变式训练有一个轴截面为正三角形的圆锥容器，内放一个半径为R 的内切球，然后将容器注满水，现把球从容器中取出，水不损耗，且取出球后水面与圆锥底面平行形成一圆台体，问容器中水的高度为多少？分析：转化为求水的体积.画出轴截面，充分利用轴截面中的直角三角形来解决. 解：作出圆锥和球的轴截面图如图4所示，图4圆锥底面半径r =R R330tan =︒，圆锥母线l =2r =R 32，圆锥高为h =r 3=3R ， ∴V 水=334332πππ=-R h r ·3R 2·3R 333534R R ππ=-， 球取出后，水形成一个圆台，下底面半径r =R 3，设上底面半径为r ′， 则高h ′=(r -r ′)tan 60°=)'3(3r R -， ∴'3353h R ππ=(r 2+r ′2+rr ′)，∴5R 3=)3'3')('3(322R Rr r r R ++-， ∴5R 3=)'33(333r R -， 解得r ′=6331634R R =， ∴h ′=(3123-)R .答：容器中水的高度为(3123-)R .思路2例1 (2006广东高考，12)若棱长为3的正方体的顶点都在同一球面上，则该球的表面积为____________.活动：学生思考长方体和球的结构特征.教师可以借助于信息技术画出图形. 分析：画出球的轴截面可得，球的直径是正方体的对角线，所以球的半径R =233，则该球的表面积为S =4πR 2=27π.答案：27π点评：本题主要考查简单的组合体和球的表面积.球的表面积和体积都是半径R 的函数.对于和球有关的问题，通常可以在轴截面中建立关系.画出轴截面是正确解题的关键.变式训练1.(2006全国高考卷Ⅰ，理7)已知各顶点都在一个球面上的正四棱柱高为4，体积为16，则这个球的表面积是( )A .16πB .20πC .24πD .32π 分析：由V =Sh ，得S =4，得正四棱柱底面边长为2.画出球的轴截面可得，该正四棱柱的对角线即为球的直径，所以，球的半径为R =642221222=++，所以球的表面积为S =4πR 2=24π.答案：C2.(2005湖南数学竞赛，13)一个球与正四面体的六条棱都相切，若正四面体的棱长为a ，则这个球的体积为_____________.分析：把正四面体补成正方体的内接正四面体，此时正方体的棱长为a 22，于是球的半径为a 42，V =3242a π. 答案：3242a π3.(2007天津高考，理12)一个长方体的各顶点均在同一球的球面上，且一个顶点上的三条棱的长分别为1，2，3，则此球的表面积为___________.分析：长方体的对角线为14321222=++，则球的半径为214，则球的表面积为4π(214)2=14π. 答案：14π例2 图5是一个底面直径为20 cm 的装有一部分水的圆柱形玻璃杯，水中放着一个底面直径为6 cm ，高为20 cm 的一个圆锥形铅锤，当铅锤从水中取出后，杯里的水将下降几厘米？图5活动：学生思考杯里的水将下降的原因，通过交流和讨论得出解题思路.因为玻璃杯是圆柱形的，所以铅锤取出后，水面下降部分实际是一个小圆柱，这个圆柱的底面与玻璃杯的底面一样，是一直径为20 cm 的圆，它的体积正好等于圆锥形铅锤的体积，这个小圆柱的高就是水面下降的高度.解：因为圆锥形铅锤的体积为2)26(31⨯⨯π×20=60π(cm 3)， 设水面下降的高度为x ，则小圆柱的体积为x 2)220(π=100πx ( cm 3). 所以有60π=100πx ，解此方程得x =0.6( cm ). 答：杯里的水下降了0.6 cm .点评：本题主要考查几何体的体积问题，以及应用体积解决实际问题的能力.明确几何体的形状及相应的体积公式是解决这类问题的关键.解实际应用题的关键是建立数学模型.本题的数学模型是下降的水的体积等于取出的圆锥形铅锤的体积.明确其体积公式中的相关量是列出方程的关键.变式训练1.一个空心钢球，外直径为12 cm ，壁厚0.2 cm ，问它在水中能浮起来吗？(钢的密度为7.9 g /cm 3)和它一样尺寸的空心铅球呢？(铅的密度为11.4 g /cm 3)分析：本题的关键在于如何判断球浮起和沉没，因此很自然要先算出空心钢球的体积，而空心钢球的体积相当于是里、外球的体积之差，根据球的体积公式很容易得到空心钢球的体积，从而算出空心钢球的质量，然后把它与水的质量相比较即可得出结论，同理可以判断铅球会沉没.解：空心钢球的体积为V 钢=348.53463433πππ=⨯-⨯×20.888≈87.45(cm 3)， ∴钢的质量为m 钢=87.45×7.9=690.86(g ). ∵水的体积为V 水=34π×63=904.32(cm 3)， ∴水的质量为m 水=904.32×1=904.32(g )＞m 钢.∴钢球能浮起来，而铅球的质量为m 铅=87.45×11.4=996.93(g )＞m 水. ∴同样大小的铅球会沉没.答：钢球能浮起来，同样大小的铅球会沉没.2.(2006全国高中数学联赛试题第一试，10)底面半径为1 cm 的圆柱形容器里放有四个半径为21cm 的实心铁球，四个球两两相切，其中底层两球与容器底面相切.现往容器里注水使水面恰好浸没所有铁球，则需要注水___________cm 3.分析：设四个实心铁球的球心为O 1、O 2、O 3、O 4，其中O 1、O 2为下层两球的球心，A 、B 、C 、D 分别为四个球心在底面的射影，则ABCD 是一个边长为22cm 的正方形，所以注水高为(1+22) cm .故应注水π(1+22)-4×)2231()21(343+=ππ cm 3. 答案：(31+22)π(四)知能训练1.三个球的半径之比为1∶2∶3，那么最大球的表面积是其余两个球的表面积之和的( )A .1倍B .2倍C .59倍 D .47倍 分析：根据球的表面积等于其大圆面积的4倍，可设最小的一个半径为r ，则另两个为2r 、3r ，所以各球的表面积分别为4πr 2、16πr 2、36πr 2，5916436222=+rr r πππ(倍). 答案：C2.(2006安徽高考，理9)表面积为32的正八面体的各个顶点都在同一个球面上，则此球的体积为( )A .32π B .3π C .32π D .322π分析：此正八面体是每个面的边长均为a 的正三角形，所以由8×32432=a 知，a =1，则此球的直径为2.答案：A3.(2007北京西城抽样，文11)若与球心距离为4的平面截球所得的截面圆的面积是9π，则球的表面积是____________.分析：画出球的轴截面，则球心与截面圆心的连线、截面的半径、球的半径构成直角三角形，又由题意得截面圆的半径是3，则球的半径为2234+=5，所以球的表面积是4π×52=100π.答案：100π4.某街心花园有许多钢球(钢的密度是7.9 g /cm 3)，每个钢球重145 kg ，并且外径等于50 cm ，试根据以上数据，判断钢球是实心的还是空心的.如果是空心的，请你计算出它的内径(π取3.14，结果精确到1 cm ).解：由于外径为50 cm 的钢球的质量为7.9×3)250(34⨯π≈516 792(g )， 街心花园中钢球的质量为145 000 g ，而145 000＜516 792， 所以钢球是空心的.设球的内径是2x cm ，那么球的质量为7.9·［3334)250(34x ππ-•］=145 000， 解得x 3≈11 240.98，x ≈22.4，2x ≈45(cm ). 答：钢球是空心的，其内径约为45 cm .5.(2007海南高考，文11)已知三棱锥S —ABC 的各顶点都在一个半径为r 的球面上，球心O 在AB 上，SO ⊥底面ABC ，AC =r 2，则球的体积与三棱锥体积之比是( )A .πB .2πC .3πD .4π分析：由题意得SO =r 为三棱锥的高，△ABC 是等腰直角三角形，所以其面积是21×2r ×r =r 2，所以三棱锥体积是33132r r r =⨯⨯，又球的体积为343r π，则球的体积与三棱锥体积之比是4π.答案：D点评：面积和体积往往涉及空间距离，而新课标对空间距离不作要求，因此在高考试题中其难度很低，属于容易题，2007年新课标高考试题就体现了这一点.高考试题中通常考查球、三棱锥、四棱锥、长方体、正方体等这些简单几何体或它们的组合体的面积或体积的计算.我们应高度重视这方面的应用.(五)拓展提升问题：如图6，在四面体ABCD 中，截面AEF 经过四面体的内切球(与四个面都相切的球)球心O ，且与BC ，DC 分别截于E 、F ，如果截面将四面体分成体积相等的两部分，设四棱锥A —BEFD 与三棱锥A —EFC 的表面积分别是S 1，S 2，则必有( )图6A .S 1＜S 2B .S 1＞S 2C .S 1=S 2D .S 1，S 2的大小关系不能确定探究：如图7，连OA 、OB 、OC 、OD ，则V A —BEFD =V O —ABD ＋V O —ABE ＋V O —BEFD +V O —ADF ，V A—EFC=V O—AFC＋V O—AEC＋V O—EFC，又V A—BEFD=V A—EFC，而每个小三棱锥的高都是原四面体的内切球的半径，故S△ABD＋S△ABE＋S BEFD+S△ADF=S△AFC＋S△AEC＋S△EFC，又面AEF是公共面，故选C.图7答案：C(五)课堂小结本节课学习了：1.球的表面积和体积.2.计算组合体的体积时，通常将其转化为计算柱、锥、台、球等常见的几何体的体积.3.空间几何体的表面积与体积的规律总结：(1)表面积是各个面的面积之和，求多面体表面积时，只需将它们沿着若干条棱剪开后展成平面图形，利用平面图形求多面体的表面积.求旋转体的表面积时，可从回忆旋转体的生成过程及其几何特征入手，将其展开求表面积，但要搞清它们的底面半径、母线长与对应的侧面展开图中的边长关系，注意球面不可展开.(2)在体积公式中出现了几何体的高，其含义是：柱体的高：从柱体的一个底面上任一点向另一个底面作垂线，这点和垂足间的距离称为柱体的高；锥体的高：从锥体的顶点向底面作垂线，这点和垂足间的距离称为锥体的高；台体的高：从台体的一个底面上任一点向另一个底面作垂线，这点和垂足间的距离称为台体的高.注意球没有高的结构特征.(3)利用侧面展开图或截面把空间图形问题转化为平面图形问题，是解决立体几何问题的常用手段.(4)柱体、锥体、台体和球是以后学习第二章点、直线、平面位置关系的载体，高考试题中，通常是用本模块第一章的图，考查第二章的知识.(5)与球有关的接、切问题是近几年高考的热点之一，常以选择题或填空题的形式出现，属于低档题.(六)作业课本本节练习1、2、3.。
《球的表面积和体积》人教版高中数学必修二PPT课件(第1.3.2课时)
(3)若两球表面积之比为1:2，则其体积之比是 1: 2 2 .
(4)若两球体积之比是1:2，则其表面积之比是 1: 3 4 .
2、若一个圆锥的底面半径和一个半球的半径相等，体积也相等，则它们的高度之比为（ A ）
（A）2:1 (B) 2:3 (C) 2:
(D) 2:5
随堂练习
立体图形的内切和外接问题 例4：求球与它的外切圆柱、外切等边圆锥的体积之比。
初态温度T1＝(273＋27) K＝300 K
由 p1V1 p2V2
T1
T2
V2 =
p1T2 p2T1
V1
6.25 m3
课堂训练
3.如图所示，粗细均匀一端封闭一端开口的U形玻
璃管，当t1＝31 ℃，大气压强p0＝76 cmHg时，
两管水银面相平，这时左管被封闭的气柱长L1＝8
10.9150 1635(朵)
答：装饰这个花柱大约需要1635朵鲜花．
新知探究
例3、如图，圆柱的底面直径与高都等于球的直径，求证：
（1）球的体积等于圆柱体积的 2 ； 3
（2）球的表面积等于圆柱的侧面积.
RO
随堂练习
(1)若球的表面积变为原来的2倍,则半径变为原来的 2 倍.
(2)若球半径变为原来的2倍，则表面积变为原来的 4 倍.
3、从微观上说：分子间以及分子和器壁间，除碰撞外无其他作用力，分子本身没有体积，即它 所占据的空间认为都是可以被压缩的空间。
4、从能量上说：理想气体的微观本质是忽略了分子力，没有分子势能，理想气体的内能只有分 子动能。
一、理想气体
一定质量的理想气体的内能仅由温度决定 ,与气体的体积无关.
例1.（多选）关于理想气体的性质，下列说法中正确的是( ABC )
高一数学 人教版必修二 1.3.2球的表面积和体积
高一数学必修二教案课题§1.3.2球的表面积和体积课型新课教学目标（1）了解球的表面积与体积公式（不要求记忆公式）.（2）培养学生空间想象能力和思维能力.（3）通过作轴截面，寻找旋转体类组合体中量与量之间的关系.（4）让学生更好地认识空间几何体的结构特征，培养学生学习的兴趣.教学过程教学内容备注一、自主学习1.柱体、锥体、台体的体积公式分别是什么？圆柱、圆锥、圆台的表面积公式分别是什么？2.球是一个旋转体，它也有表面积和体积，怎样求一个球的表面积和体积也就成为我们学习的内容.二、质疑提问思考1:从球的结构特征分析，球的大小由哪个量所确定？思考2:底面半径和高都为R的圆柱和圆锥的体积分别是什么？思考3:如图，对一个半径为R的半球，其体积与上述圆柱和圆锥的体积有何大小关系？思考4:根据上述圆柱、圆锥的体积，你猜想半球的体积是什么？思考5:由上述猜想可知，半径为R的球的体积334Rπ=球Ｖ，这是一个正确的结论，你能提出一些证明思路吗？祖暅原理幂势既同，则积不容异夹在两个平行平面之间的两个几何体，被平行于这两个平面的任意平面所截，如果截得的两个截面的面积总相等，那么这两个几何体的体积相等．三、问题探究思考1:半径为r的圆面积公式是什么？它是怎样得出来的？思考2:把球面任意分割成n个“小球面片”，它们的面积之和等于什么？思考3:以这些“小球面片”为底，球心为顶点的“小锥体”近似地看成棱锥，那么这些小棱锥的底面积和高近似地等于什么？它们的体积之和近似地等于什么？思考4:你能由此推导出半径为R的球的表面积公式吗？思考5:经过球心的截面圆面积是什么？它与球的表面积有什么关系？球的表面积等于球的大圆面积的4倍例1：如图，圆柱的底面直径与高都等于球的直径，求证：（1）球的体积等于圆柱体积的；（2）球的表面积等于圆柱的侧面积.例2：已知正方体的八个顶点都在球O的球面上，且正方体的表面积为a2，求球O的表面积和体积.例3：有一种空心钢球，质量为142g（钢的密度为7.9g/cm3），测得其外径为5cm，求它的内径（精确到0.1cm）.四、课堂检测将一个气球的半径扩大1倍，它的体积扩大到原来的几倍？已知A、B、C为球面上三点，AC=BC=6，AB=4，球心O与△ABC的外心M的距离等于球半径的一半，求这个球的表面积和体积.五、小结评价本节课主要学习了球的体积和球的表面积公式的推导，以及利用公式解决相关的球的问题。
人教版数学高一必修二1.3.2 球的体积和表面积 (共29张PPT)
——数学必修2
球的概念
•球的旋转定义
半圆以它的直径为旋转轴，旋 转所成的曲面叫做球面.球面所 围成的几何体叫做球体.
•球的集合定义
与定点的距离等于定长的点的集
合，叫做 球面 。
与定点的距离等于或小于定长的
点的集合，叫做球体。
球表面积公式： S 4 R2
球体积公式：
V 4 R3
A C
P
O B
变式：已知球O的面上四点A、B、C、D，DA 平面 ABC，AB BC, DA AB BC a,则球O的体积等于
类型二、直棱柱
例2：已知三棱锥P-ABC中，三角形ABC为等边三角形， 且PA=8，PB=PC= 73，AB=3，则其外接球的体积为
类型三、对棱相等
r 6a 12
6 r内 12 a
R棱＝
2a 4
R外＝
6 4
a
正四面体的外接球和内切球的球心一定重合
课后练习：利用直角三角形勾股定理求正四面体 的外接球、内切球半径。
P
R A
R O
M B
C D
练习一
课堂练习
1.球的直径伸长为原来的2倍,体积变为原来的＿8 倍.
2.一个正方体的顶点都在球面上,它的棱长是4cm, 这个球的体积为＿＿＿cm3.
R＝ 2 a 4
正四面体的外接球和棱切球的球心重合。
3.求棱长为a的正四面体的内切球的半径r.
1
1
P
V 3 S底面积 h 3 S全面积 r
S底面积 h S全面积 r
O
S底面积 r 1 S全面积 h 4
A
C M
D
B
r1h 4
2020版人教A数学必修2：1.3.2 球的体积和表面积
(2)如图为某几何体的三视图,则该几何体的体积为
.
解析:(2)由三视图可知该几何体是一个组合体,上半部分是半径为 1 的球的
(D)3 倍
解析:设小球半径为 1,则大球的表面积 S 大=36π,S 小+S 中=20π, 36π = 9 . 20π 5
解得 R= 6 ;所以外接球的体积为 V = 外接球 4π ×( 6 )3=8 6 π.故选 B
答案:(1)B
3
(2)(2018·广东靖远县高一期末)在三棱锥 S-ABC 中,SA=BC= 41 ,SB=AC=5,
SC=AB= 34 ,则三棱锥 S-ABC 外接球的表面积为
.
解析:(2)将三棱锥补成一个长、宽、高分别为a,b,c的长方体,
以AB,BD和CD为棱,把三棱锥A-BCD补充为长方体, 则该长方体的外接球即为三棱锥的外接球,且长方体的对角线是外接球 的直径; 所以(2R)2=AB2+BD2+CD2=1+2+1=4,所以外接球O的表面积为4πR2=4π. 故选D. 答案:(1)D
(2)(2018·安徽六安高一期末)球内切于正方体的六个面,正方体的棱长为
(A) 9 π +12 2
(C)9π +42
(B) 9 π +18 2
(D)36π +18
解析:(1)由三视图可得这个几何体是由上面一个直径为 3 的球,下面一个底 面为正方形且边长为 3,高为 2 的长方体所构成的几何体,则其体积为:
最新人教版高中数学必修2第一章《球的体积和表面积》教材梳理
知识·巧学一、球的体积1.公式：V=334R π.2.推导：求一个底面半径和高都等于R 的圆柱，挖去一个以上底面为底面，下底面圆心为顶点的圆锥后，所得几何体的体积.由于圆柱的底面圆的半径为R 且其高也为R ，则V 圆柱=πR 2R=πR 3，所挖去的圆锥的底面半径和高也都是R ，则V 圆锥=323131R R R ππ=.于是V 剩余=V 柱-V 锥=3333231R R R πππ=-. 再求一个半径为R 的半球的体积.它的底面积与组合体的底面积相等，它的高与组合体的高都等于R ，即这两个几何体有相等的高与底面积.用一个平行于底面的平面去截这两个几何体，可以证明其面积总相等，由祖暅原理，知这两个几何体体积相等.所以整个球的体积公式为V=334R π.早在小学时我们就知道一个实验：取一个半径为R 的半球，再取一个圆桶和一个圆锥，它们的底面半径与高都是R ，将圆锥放入圆桶内，再将半球里装满细沙，把这些细沙倒入圆桶内，这时圆桶恰好装满. 这个实验启示我们，一个半球(半径为R)的体积等于一个圆柱(底面半径和高都等于R)与一个圆锥(底面半径和高都等于R)的体积的差，即V 半球=V 圆柱-V 圆锥=3333231R R R πππ=-,所以知V 球=2×333432R R ππ=. 二、球的表面积公式：S=4πR 2,即球的表面积等于它的大圆面积的4倍.对于球的表面积公式的推导我们后面将要学习，实际用的是微分与积分的思想,即先把球体近似地分割成小的准锥体,当这种分割足够小时可以看作锥体,通过求它们的体积和,求出球的表面积.球的体积和表面积公式中均含有π，如不加特殊说明，我们结果中保留π即可. 问题·探究问题 若球的大圆的面积扩大为原来的3倍，则它的体积扩大为原来的几倍？探究:球的表面积、体积的计算中，由于它们都仅与半径有关，从而只要由条件理顺半径间的关系，即可确定体积或表面积之间的关系.如本题可设变化前后两球半径为r 、R ，则有3122=R r ππ，所以31=R r ,33134343333===R r R r V V ππ后球前球.所以体积扩大为原来的33倍. 典题·热题例1 已知过球面上三点A 、B 、C 的截面到球心的距离等于球半径的一半,且AC=BC=6,AB=4,求球面面积与球的体积.思路解析：可以用球的截面性质,借助题设给定的等量关系,建立关于球半径的方程来解题. 解：如图1-3-20,设球心为O,球半径为R,作OO 1⊥平面ABC 于O 1,由于OA=OB=OC=R,则O 1是△ABC 的外心.设M 是AB 的中点,由于AC=BC,则O 1∈CM.设O 1M=x,易知O 1M ⊥AB,则O 1A=222x +,O 1C=CM-O 1M=x --2226. 又O 1A=O 1C,∴x x --=+2222262.解得x=427. 则O 1A=O 1B=O 1C=429. 在Rt △OO 1A 中,O 1O=2R ,∠OO 1A=90°,OA=R. 由勾股定理,得(2R )2+(429)2=R 2. 解得R=263. 故S 球面=4πR 2=54π,V 球=ππ627343=R . 方法归纳 计算球的表面积和体积的关键是求出球的半径，这里就要充分利用球的截面的性质进行求解.已知条件中的等量关系往往是建立方程的依据,这种解题的方程思想值得重视. 例2 矩形ABCD 中，AB=4，BC=3，沿AC 将矩形ABCD 折成一个直二面角B-AC-D ，则四面体ABCD 的外接球的体积为( ) A.12125π B.9125π C.6125π D.3125π 思路解析：四面体ABCD 的外接球的球心到各个顶点的距离相等，所以球心应为线段AC 的中点，设球的半径为r ，因为AC=5，所以r=25，代入球的体积公式可得V 球=6125)25(342ππ=. 答案：C例 3 有三个球,第一个球内切于正方体,第二个球与这个正方体各条棱相切,第三个球过这个正方体的各个顶点,求这三个球的表面积之比.思路解析：作出截面图,分别求出三个球的半径.由正方体的对称性，球心一定和正方体的中心重合，可以画出球的大圆的平面图来分析.解：设正方体的棱长为a.(1)正方体的内切球球心是正方体的中心,切点是六个面正方形的中心,经过四个切点及球心作截面如图1-3-21,所以有2r 1=a,r 1=2a .所以S 1=4πr 12=πa 2.(2)球与正方体的各棱的切点是每条棱的中点,过球心作正方体的对角面得截面,如图,2r 2=a 2,r 2=a 22,所以S 2=224r π=2πa 2. (3)正方体的各个顶点在球面上,过球心作正方体的对角面得截面,如图1-3-22所示,图1-3-22所以有2r 3=a 3,r 3=a 23. 所以S 3=234r π=3πa 2.综上可得S 1∶S 2∶S 3=1∶2∶3.深化升华 球的组合体问题,关键是正确地作出截面图,用圆的知识把立体问题转化为平面问题来解决.这一转化，往往是利用球的大圆来实现的.。
人教版高中数学必修二《球的体积及表面积》
证明:设球的半径为R,则圆柱的底面 半径为R,高为2R.
R
O
（1） S球 4 R 2
2
4 3 R S圆柱全 2 R +2 R 2 R （2） V球 3 2 6 R V圆柱 R 2 2R 2 R 3 2 S 球 S圆柱全 2 V球 V圆柱 3 3
A1
（ 3） D1 C1
O
（ 1）
（ 2）
B1
A （ 4） （ 5） （ 6） B
D
C
（ 7）
（ 8）
（ 9）
类型二、有关球的切、接问题
变式2、在三棱锥S ABC中，SA AB AC 1， BAC SAC =SAB 90, 则三棱锥的外接球的表面积为
S
？
O A C
B
球的体积及表面积
复习
球的定义：以半圆的直径所在直线为旋转轴，半 圆面旋转一周形成的旋转体叫做球体，简称球。
A O
（1）半圆的半径叫做球的半径。 半圆的直径叫做球的直径。 （2）半圆的圆心叫做球心。
半径
（3）球的表示： 用表示球心的字 球心 母表示，如球O
B
知识拓展
球的概念：在空间中 与定点的距离等于或小于定长的点 的集合，叫做 球体 ？简称球． 与定点距离等于定长的 点的集合叫做 球面 ． C A R O
类型二、有关球的切、接问题
变式3、在三棱锥S ABC中，SA BC =2， SB=AC 3，SC=AB= 5 则三棱锥的外接球的体积为
A S B1
O
？ A A1 C S1 A D C
D1
C B
B
C
课堂小结
半径（直径） 球心 1、球： 表示：球O
人教A版高中数学必修二课件第一章1.3.2球的体积和表面积(共41张PPT)
答案：288πcm3
5.(2013·新课标全国卷Ⅱ)已知正四棱锥O-ABCD的体积为
底3面2边，长为，则以O为3 球心，OA为半径的球的表面积为
2
_______.
【解析】设正四棱锥的高为h，则 1
3
2
h
3
2，
3
2
解得高h=则3 底2 .面正方形的对角线长为
2
2 3 6，
所以OA=所(3以2球)2的 (表6面)2积为6,
(3)此类问题的具体解题流程：
【变式训练】正方体的内切球和外接球的半径之比为()
A.∶31B.∶2C.2∶3 D.∶3
3
3
【解析】选D.设正方体的棱长为a,则内切球半径为 a ,
2
外接球半径为所以3a 半, 径之比为1∶=∶3. 3 3
2
【规范解答】有关球的计算问题 【典例】【条件分析】
【规范解答】设圆锥的底面半径为r，高为h，母线长为l，
3
3
答案：(1)√(2)√(3)×(4)√
【知识点拨】 1.对球的三点说明 (1)球的表面是曲面,不能展开在一个平面上,因此没有展开图. (2)球既是中心对称的几何体,又是轴对称的几何体,它的任何 截面均为圆面,它的三视图也都是圆. (3)球是一个封闭的几何体,既包括球的表面,又包括球面所包 围的空间.
【解题探究】1.求球的体积和表面积的关键是什么？ 2.两个球的体积之比和表面积之比分别与半径有何关系？ 3.两个铁球熔化为一个球后,哪一个量是不变的？ 探究提示： 1.关键是确定球的半径. 2.两个球的体积之比等于两个球的半径比的立方,表面积之比 等于两个球的半径比的平方. 3.体积不变，即两个小球的体积和应与大球的体积相同.
高中数学必修二1.3.2《球的体积和表面积》课件
函数即S＝4πR2.
3．求球的表面积和体积关键是求出球的半径，为此常考虑
球的轴截面．
一个球内有相距9 cm 的两个平行截面，它们的面 积分别为49π cm2和400π cm2，求球的表面积和体积． [提示] 因为题中并没有说明两个平行截面是在球心的 两侧，还是同侧，因此解题时应分类讨论．
[解] (1)当截面在球心的同侧时，如图所 示为球的轴截面．由球的截面性质，知
AO1∥BO2，且O1、O2分别为两截 面圆的圆心，则OO1⊥AO1， OO2⊥BO2. 设球的半径为R. ∵π·O2B2＝49π，∴O2B＝7. 同理，π·O1A2＝400π，∴O1A＝20.
设 OO1＝x，则 OO2＝x＋9. 在 Rt△OO1A 中，R2＝x2＋202， 在 Rt△OO2B 中，R2＝(x＋9)2＋72， ∴x2＋202＝72＋(x＋9)2.解得 x＝15.
设球O的半径为5，一个内接圆台的两底 面半径分别是3和4，求圆台的体积．
[错解] 如图，由球的截面的性质知， 球心到圆台的上、下底面的距离分别为 d1＝ 52－32＝4，d2＝ 52－42＝3. ∴圆台的高为 d1－d2＝h＝4－3＝1. ∴圆台的体积为 V＝13πh(r21＋r22＋r1r2) ＝13×π×1×(32＋42＋3×4)＝337π.
答案：D
探究点三 球的表面积和体积的实际应用
球是非常常见的空间几何体，应用比较广泛， 特别在实际生活中，应用球的表面积和体积公式解 决问题的例子更是普遍．
如图所示，一个圆锥形的空杯 子上放着一个直径为8 cm的半球形的 冰淇淋，请你设计一种这样的圆锥形 杯子(杯口直径等于半球形的冰淇淋的 直径，杯子壁厚忽略不计)，使冰淇淋 融化后不会溢出杯子，怎样设计最省 材料？ [提示] 应使半球的体积小于或等于圆锥的体积．可 先设出圆锥的高，再求其侧面积．
人教版数学必修二课件：1-3-3球的体积和表面积
答案：C
图 10
这个球的表面积是( )
A．16π
B．20π
C．24π
D．32π
(2)(2019 年高三模拟)已知边长为 2 的正方形 BCDE 所在的平面与腰长为 3 的等腰
三角形 ABC 所在的平面垂直，若多面体 ABCDE 的各个顶点均在球面上，则该球的表
面积为( )
A．226π
B．113π
图5
C.238π
D.1183π
第一章 空间几何体
第三节 空间几何体的表面积与体积
第三课时 球的体积和表面积
目标导向
1．知识与技能 能运用球的表面积和体积公式解决实际问题． 2．过程与方法 直接给出球的体积与表面积公式，证明留待以后．求球的体积与表面积关键是求球 的半径． 3．情感、态度与价值观 通过利用球的体积与表面积公式解决实际问题，增强学生的数学应用意识．
知识导学
知识点 1 V 球＝43πR3(R 为球的半径) 知识点 2 S 球面＝4πR2
重点导析
重点：能灵活运用球的表面积和体积公式解决实际问题．
思维导悟
导悟 1 球的体积和表面积 【例 1】 (1)已知球的直径为 6 cm，求它的表面积和体积． (2)已知球的表面积为 64π，求它的体积． 【(3分)已析知】球的在体面积积为和5体 030积π公，式求中它，的共表面3 个积量．，半径 R 起着桥梁作用，知一可求二， 关键求半径 R. 【解】 (1)∵直径为 6 cm， ∴半径 R＝3 cm. ∴表面积 S 球＝4πR2＝36π(cm2)， 体积 V 球＝43πR3＝36π(cm3)．
图4
(2)球心 O 在 PE 上，AE＝2 2，PA＝2 11 设 PO＝OA＝R 在 Rt△AOE 中，R2＝(6－R)2＋(2 2)2 R＝131 S＝4πR2＝4849π 【答案】 (1)27π (2)B
人教版必修二数学课件：1.3 球表面积和体积 (共14张PPT)
y-3 y-2 y 3b y y1-y2 x1+x2 (x1+x2)(y1-y2) y1-y2 y-4 16 x1-x2 0-4 0-3 -4-2 -2 2 x-4 x1-x2 2
AM PC BB BB BB BB MN MN MN MN a b a b a b AB AB PA· PB=0 AB'×PC PB×PC AM PC m n m n BM· PC m· n EC· n PM· n | |· · · ① 则 sin=| 则cos = |m|· 则 d=| |· · · ① |· · · ① · · · ① |BM|· |PC| | n| |n| |PM|· |n| a· b · m| · y = y = B 甲= b= b= b=b= 则d=| AB · · ① | m| |a|· |b| 8 8 8 0 Lim 8 8 8 | -1 △x→∞ 5 2= x i i=1
例3. 两个平行的球小圆面积为49 和400 , 它们之间的距离为9, 求球的半径. r1 o1 A 2 解: r1 =49 => r1=7 r2 o2 B o r22=400 => r2=20
① O1O2=9 => O1O - O2O=9 R2 -72 - R2 -202 =9, R=25 ② O1O2=9 => O1O+O2O=9 R2 -72 + R2 -202 =9, 无解 r1 o1 A B
$5.球的表面积和体积
1. 球的表面积: S球=4 R2 4 2. 球的体积: V球= 3 R3
例1. ①圆柱形玻璃瓶的内径为6cm, 内装有 8cm 高的水, 浸入一个铁球后 水面升高到 8.5 cm, 求铁球的表面积.
3 r 解: V柱=V球 => R2h= 4 3 3 => r= 3 32· 0.5=4 r · 2 3 S球= 4 r2 =9 (cm2)
人教版数学必修2 第1章 空间几何体 1.3.3球的表面积与体积
V半球 V1 V2 Vn
12 2 2 ( n 1) 2 [n ] 2 n n
R 3
R 3 1 ( n 1) n ( 2n 1) [n 2 ] n n 6
1 ( n 1)(2n 1) R [1 2 ] n 6
R
Si
Vi
4 3 又球的体积为： V R 3 4 1 R 3 RS , 从 而S 4R 2
3 3
球的体积和表面积公式：
R O
4 3 V球 R 3
三、例题讲解
例1、 有一堆规格相同的铁制（铁的密度是 7.8g / cm3 ）六角螺帽共重5.8kg，已知底面是正六边 形，边长为12mm，内孔直径为10mm，高为10mm， 问这堆螺帽大约有多少个（ 取3.14）？ 解：六角螺帽的体积是六棱柱 的体积与圆柱体积之差，即: 3 10 2 2 V 12 6 10 3.14 ( ) 10 4 2 2956 (mm3 )
3
V半 球
1 1 (1 )(2 ) n n ] R 3 [1 6
1 0. n
当 n 时,
2 V半 球 R 3 3 4 从而 V R 3 . 3
4 3 定理：半径是 R的 球 的 体 积 为 ： V R 3
（二）、球的表面积：
公式？
探 究
S i
o
2.956(cm3 )
所以螺帽的个数为 5.8 1000 (7.8 2.956) 252 （个）
答：这堆螺帽大约有252个．
例2 、已知一正四棱台的上底边长为4cm， 下底边长为8cm，高为3cm，求其体积。
V台体
1 S上 +S下 + S上 S下 h 3
人教A版高二数学必修二第一章1.3.2 球的体积和表面积【教案】
《1.3.2球的体积和表面积》教学设计教材：人民教育出版社A 版普通高中课程标准实验教科书《数学必修2》一、 教学目标知识目标：1、掌握球的体积公式343V R π=、表面积公式24S R π=. 2、会用球的表面积公式、体积公式解决相关问题，培养学生应用数学的能力． 3、能解决与球的截面有关的计算问题及球的“内接”与“外切”的几何体问题． 能力目标：通过类比、归纳、猜想等合情推理培养学生勇于探索的精神. 提高学生分析、综合、抽象概括等逻辑推理能力情感目标：通过寻求如何研究球的内切与外接的方法，培养学生将数学知识和生活实际相联系的意识，对学生进行“事物具有多面性”的辩证唯物主义思想教育. 二、 教学重点、难点重点：球的体积和表面积的计算公式的应用.难点：解决与球相关的“内接”与“外切”的几何体问题 三、教学方法采用试验探索，启发式的教学方法.教辅手段：圆柱、圆锥、半球容积比实物模型；一盆水；多媒体. 四、教学过程2 球的表面积：（以后讲）11221(3)i i V h S h S h S ≈⋅∆+⋅∆++⋅∆+L L又∵i h R ≈，且S =12i S S S ∆+∆+++∆LL∴可得13V R S ≈⋅， 又∵343V R π=，∴13R S ⋅343R π=，∴24S R π=即为球的表面积公式 小结：球的体积公式343V R π=、表面积公式24S R π=都是以R 为 自变量的函数。
教师讲解，学生感悟分割、近似、极限等思想渗透微积分思想.应 用练习1：如果球的体积是36πcm 3,那么它的半径是 .3练习2： 若两个球的体积之比为8：27，那么两个球的表面积之比为（ C ）（A ）8：27 （B ）2：3 （C ）4：9 （D ）2：9例1 如图，圆柱的底面直径与高都等于球的直径,，求证： （1）球的体积等于圆柱体积的23（2）球的表面积等于圆柱的侧面积. 证明：（1）设球的半径为R ，则圆柱的底面半径为R ，高为2R.则有V 球=334R π，V 圆柱=πR 2·2R=2πR 3，所以V 球=圆柱V 32.教师引导学生共同完成让学生巩固加深所学内容并灵举例（2）因为S球=4πR2，S圆柱侧=2πR·2R=4πR2，所以S球=S圆柱侧.变式1：把上一题的圆柱改为正方体，且正方体的棱长为a, 球的半径为多少？变式2：若把球吹大到内切于正方体的棱，且正方体的棱长为a,此时球的半径又为多少？变式3：若球接着吹大到刚好包围整个正方体即球各个顶点都在球面上，且正方体的棱长为a,此时球的半径又为多少？活运用.应用举例例2、如果一个几何体的正视图与侧视图都是全等的长方形，边长分别是4 cm与2 cm，如图所示，俯视图是一个边长为4 cm的正方形.(1)求该几何体的全面积.(2)求该几何体的外接球的体积.解【审题指导】根据本题所给条件中的三视图，判断该几何体的形状与几何体中相关的数量关系，根据这些求该几何体的全面积及其外接球的体积.【规范解答】(1)由题意可知，该几何体是长方体，图1 图2图3RA 'C 'CAOA 'B 'C 'D 'D C BAO准备 课堂小结 1．通过做实验的方法，获得了球的体积公式和表面积公式. 2．掌握球的体积公式343V R π=、表面积公式24S R π= 3．熟练掌握球的内切、外接问题解决此类问题的实质就是根据几何体的相关数据求球的直径或半径，关键是根据“切点”和“接点”，作出轴截面图，把空间问题转化为平面问题来计算.学生小结,教师完善.学生小结,可以逐步提高学生自我获取知识的能力.教师完善，使知识更系统化.作业1、课本P29B12、《世纪金榜》 P16例23、《世纪金榜》P17 基础自主演练64、半球内有一个内接正方体，正方体的一个面在半球的底面圆内，若正方体的边长为 6，求半球的表面积和体积。
高中人教A版数学必修二教师用书第1章 1.3.2 球的体积和表面积 Word版含答案
球的体积和表面积．了解并掌握球的体积和表面积公式．．会用球的体积与表面积公式解决实际问题．(重点)．会解决球的组合体及三视图中球的有关问题．(难点、易混点)教材整理球的表面积与体积公式阅读教材“练习”以下至“练习”以上内容，完成下列问题．．球的体积设球的半径为，则球的体积＝π.．球的表面积π设球的半径为，则球的表面积＝，即球的表面积等于它的大圆面积的倍．判断(正确的打“√”，错误的打“×”)()球的体积之比等于半径比的平方．( )()长方体既有外接球又有内切球．( )()球面展开一定是平面的圆面．( )()球的三视图都是圆．( )【解析】()错误．球的体积之比等于半径比的立方．()错误．长方体只有外接球，没有内切球．()错误．球的表面不能展开成平面图形，故错误．()正确．球的三视图都是圆．【答案】()×()×()×()√()()已知球的体积为π，求它的表面积．【精彩点拨】借助公式，求出球的半径，再根据表面积与体积公式求解．【自主解答】()设球的半径为，则由已知得π＝π，＝.所以球的体积：＝×π×＝π.()设球的半径为，由已知得π＝π，所以＝，所以球的表面积为：＝π＝π×＝π.．一个关键抓住球的表面积公式球＝π，球的体积公式球＝π是计算球的表面积和体积的关键，半径与球心是确定球的条件．把握住公式，球的体积与表面积计算的相关题目也就迎刃而解了．．两个结论()两个球的表面积之比等于这两个球的半径之比的平方；()两个球的体积之比等于这两个球的半径之比的立方．．()球的体积是，则此球的表面积是( )．π．π()用与球心距离为的平面去截球，所得的截面面积为π，则球的体积为( )。
高中数学人教版必修二：1.3.2《球的体积与表面积》课件
D1
C1
A1
B1
表面积为 4 ( 3 a) 2 3 a 2 2
典例展示
由三视图求几何体的体积和表面积 2r
例5.（2015年新课标I）圆柱被一 个平面截去一部分后与半球(半 径为r)组成一个几何体，该几何 体三视图中的正视图和俯视图如 r 图所示。若该几何体的表面积为 16 + 20 ，则r=（ ） （ A） 1 （ B） 2 （ C） 4 （ D） 8
正视图
侧视图
1 （ A） 8 1 （ C） 6
1 （B） 7 1 （ D） 5
俯视图
【解析】由三视图得，在正方体 ABCD A1B1C1D1 中，截去四面体 A A1B1D1，如图所示， 设正方体棱长为 a 则 VA A B D
1 1 1
D1
C1
A1
B1
【答案】D
1 所以截去部分体积与剩余部分体积的比值为 5
2 V球 = V柱 3
与球组合的组合体的表面积和体积
两个几何体相切: 一个几何体的各个面与另一个几何体的各面相切.
典例展示
例3.求棱长为
a 的正方体的内切球的体积和表面积.
D1 A1 C1
分析：正方体的中心为球的球心， 正方体的棱长为球的直径。
【解析】正方体的内切球的直径为
4 3 所以球的体积为 a . 3
1 3 5 3 故剩余几何体体积为 a a a 6 6
3
1 1 3 1 3 a a 3 2 6
一、基本知识
柱体、锥体、台体、球的表 面积 展开图
圆柱 S 2r (r l ) 圆台S (r2 r 2 rl rl )
圆锥 S r (r l )
球的体积和表面积
《1.3.2球的体积和表面积》教案科目 高中数学 授课题目 人教版必修2第一章第1.3.2节球的体积和表面积授课课时 1课时授课类型新授课一、教材分析本节课是新课标高中数学必修2中第一章第1.3.2节，即球的体积与表面积。
其中体积公式在之前的学习中可能接触过，但证明过程比较繁琐，学习起来比较困难。
掌握空间几何体球体的表面积与体积计算方法，对于学生解决生活中的实际问题极为重要，是计算复杂几何体表面积与体积的基础。
具有非常高的实用价值。
二、学情分析 1、有利因素学生初中已经学习了正方体与长方体的表面积与体积的计算方法，并且上一节课刚刚学习了柱体、锥体、台体的表面积与体积，这对于本节课的学习会有很大的帮助。
2、不利因素本节课中的两个公式的证明过程比较繁琐，学生理解上会有一定的困难。
三、教学目标 1．知识与技能（1）了解球的体积公式和球的表面积公式的推导过程，体会其基本思想方法； （2）能运用球的表面积和体积公式灵活解决实际问题； （3）培养学生的空间思维能力和空间想象能力。
2．过程与方法通过球的体积和表面积公式的推导，从而得到一种推导球体积公式343V R π=和面积公式24S R π=的方法，即“分割求近似值，再由近似和转化为球的体积和表面积”的方法，体现了极限思想。
3．情感态度与价值观通过学习，使我们对球的体积和表面积公式的推导方法有了一定的了解，提高了空间思维能力和空间想象能力，增强了我们探索问题和解决问题的信心。
四、教学重点、难点重点：球的体积公式和表面积公式以及它们的运用。
难点：对球体体积公式推导过程的理解及推导体积和面积公式中空间想象能力的形成，在公式的应用过程中有关球体的计算。
五、教学方法启发式的教学方法 六、教学用具多媒体七、教学过程 （一）导入新课1、教师提出问题：球既没有底面，也无法像在柱体、锥体和台体那样展开成平面图形，那么怎样来求球的表面积与体积呢？引导学生进行思考。
学生回答：我们知道柱体的体积和表面积依赖于它的底面半径和母线长度，台体的体积和表面积依赖于它的上下底面半径和母线长度，所以球体的体积和表面积一定用一个变量进行表示，我想这个变量是球体的半径。
高中数学同步讲义必修二——第一章 1.3.2 球的体积和表面积
1.3.2 球的体积和表面积学习目标 1.掌握球的表面积和体积公式.2.能解决与球有关的组合体的计算问题．知识点 球的表面积和体积公式1．球的表面积公式S ＝4πR 2(R 为球的半径)； 2．球的体积公式V ＝43πR 3.1．球的表面积等于它的大圆面积的2倍．( × )2．两个球的半径之比为1∶2，则其体积之比为1∶4.( × ) 3．球心与其截面圆的圆心的连线垂直于截面．( √ )类型一 球的体积和表面积例1 (1)已知球的表面积为64π，求它的体积； (2)已知球的体积为5003π，求它的表面积．解 (1)设球的半径为R ，则4πR 2＝64π，解得R ＝4， 所以球的体积V ＝43πR 3＝43π·43＝2563π.(2)设球的半径为R ，则43πR 3＝5003π，解得R ＝5，所以球的表面积S ＝4πR 2＝4π×52＝100π.反思与感悟 (1)公式是计算球的表面积和体积的关键，半径与球心是确定球的条件． (2)两个结论：①两个球的表面积之比等于这两个球的半径比的平方；②两个球的体积之比等于这两个球的半径比的立方．跟踪训练1 (1)两个球的体积之比为8∶27，那么这两个球的表面积之比为( ) A ．2∶3 B ．4∶9 C.2∶ 3D.8∶27(2)两个半径为1的铁球，熔化成一个球，则这个大球的半径为________． 答案 (1)B (2)32解析 (1)由两球的体积之比为8∶27， 可得半径之比为2∶3， 故表面积之比是4∶9.(2)设大球的半径为R ，由题意得 43πR 3＝2×43π×13，得R ＝32. 类型二 球的截面及切接问题 命题角度1 球的截面问题例2 如图，有一个水平放置的透明无盖的正方体容器，容器高8 cm ，将一个球放在容器口，再向容器内注水，当球面恰好接触水面时测得水深为6 cm ，若不计容器的厚度，则球的体积为( )A.500π3 cm 3B.866π3 cm 3C.1 372π3 cm 3D.2 048π3cm 3答案 A解析 如图，作出球的一个截面，则MC ＝8－6＝2(cm)，BM ＝12AB ＝12×8＝4(cm)．设球的半径为R cm ，则R 2＝OM 2＋MB 2＝(R －2)2＋42， ∴R ＝5.∴V 球＝43π×53＝5003π(cm 3)．反思与感悟 (1)有关球的截面问题，常画出过球心的截面圆，将问题转化为平面中圆的问题． (2)解题时要注意借助球半径R ，截面圆半径r ，球心到截面的距离d 构成的直角三角形，即R 2＝d 2＋r 2.跟踪训练2 用一平面去截球所得截面的面积为2π，已知球心到该截面的距离为1，则该球的表面积为________． 答案 12π解析 用一平面去截球所得截面的面积为2π，所以小圆的半径为2，已知球心到该截面的距离为1，所以球的半径为3，所以球的表面积为4π(3)2＝12π. 命题角度2 与球有关的切、接问题例3 (1)将棱长为2的正方体木块削成一个体积最大的球，则该球的体积为( ) A.4π3 B.2π3 C.3π2 D.π6 答案 A解析 由题意知，此球是正方体的内切球，根据其几何特征知，此球的直径与正方体的棱长是相等的，故可得球的直径为2，故半径为1，其体积是43×π×13＝4π3.(2)长方体的共顶点的三个侧面面积分别为3，5，15，则它的外接球表面积为______． 答案 9π解析 设长方体共顶点的三条棱长分别为a ，b ，c ， 则⎩⎪⎨⎪⎧ab ＝3，bc ＝5，ac ＝15，解得⎩⎪⎨⎪⎧a ＝3，b ＝1，c ＝5，∴外接球半径为a 2＋b 2＋c 22＝32，∴外接球表面积为4π×⎝⎛⎭⎫322＝9π. 反思与感悟 (1)正方体的内切球球与正方体的六个面都相切，称球为正方体的内切球，此时球的半径为r 1＝a2，过在一个平面上的四个切点作截面如图①. (2)球与正方体的各条棱相切球与正方体的各条棱相切于各棱的中点，过球心作正方体的对角面有r 2＝22a ，如图②. (3)长方体的外接球长方体的八个顶点都在球面上，称球为长方体的外接球，根据球的定义可知，长方体的体对角线是球的直径，若长方体过同一顶点的三条棱长为a ，b ，c ，则过球心作长方体的对角面有球的半径为r 3＝12a 2＋b 2＋c 2，如图③.(4)正方体的外接球正方体棱长a 与外接球半径R 的关系为2R ＝3a . (5)正四面体的外接球正四面体的棱长a 与外接球半径R 的关系为2R ＝62a . 跟踪训练3 (1)正方体的内切球与其外接球的体积之比为( ) A ．1∶ 3 B ．1∶3 C ．1∶3 3D ．1∶9(2)表面积为433的正四面体的各个顶点都在同一个球面上，则此球的体积为( )A.23π B.13π C.23π D.223π答案 (1)C (2)A解析 (1)设正方体的棱长为1，则正方体内切球的半径为棱长的一半即为12，外接球的直径为正方体的体对角线， ∴外接球的半径为32， ∴其体积比为43π×⎝⎛⎭⎫123∶43π×⎝⎛⎭⎫323＝1∶3 3.(2)如图所示，将正四面体补形成一个正方体．设正四面体的棱长为a .∵正四面体的表面积为433，∴4×34a 2＝433， 解得a ＝233，∴正方体的棱长是63， 又∵球的直径是正方体的体对角线，设球的半径是R ， ∴2R ＝63×3， ∴R ＝22， ∴球的体积为43π·⎝⎛⎭⎫223＝23π，故选A.1．若球的体积与其表面积数值相等，则球的半径等于( ) A ．3 B ．2 C ．1 D.12答案 A解析 设球的半径为R ，则4πR 2＝43πR 3，所以R ＝3.2．一个球的表面积是16π，则它的体积是( ) A ．64π B.64π3 C ．32π D.32π3 答案 D解析 设球的半径为R ，则由题意可知4πR 2＝16π，故R ＝2.所以球的半径为2，体积V ＝43πR 3＝323π. 3．如图，圆柱形容器内盛有高度为6 cm 的水，若放入3个相同的铁球(球的半径与圆柱的底面半径相同)后，水恰好淹没最上面的球，则球的半径为( )A ．4 cmB ．3 cmC ．2 cmD ．1 cm答案 B解析 由题意可得，设球的半径为r ，依题意得三个球的体积和水的体积之和等于圆柱体的体积，∴3×43πr 3＝πr 2(6r －6)，解得r ＝3，故选B.4．两个球的表面积之差为48π，它们的大圆周长之和为12π，则这两个球的半径之差为( ) A ．1 B ．2 C ．3 D ．4答案 B解析 设两球半径分别为R 1，R 2，且R 1>R 2，则4π(R 21－R 22)＝48π，2π(R 1＋R 2)＝12π，所以R 1－R 2＝2.5．正方体的外接球的体积是其内切球的体积的______倍． 答案 3 3解析 设正方体的棱长为1，则正方体内切球的半径为棱长的一半即为12，外接球的直径为正方体的体对角线， ∴外接球的半径为32. ∴外接球的体积为43π×⎝⎛⎭⎫323，内切球的体积为43π×⎝⎛⎭⎫123，∴外接球的体积是内切球的体积的33倍．1．球的体积和表面积公式 设球的半径为R (1)体积公式：V ＝43πR 3.(2)表面积公式：S ＝4πR 2.2．用一个平面截球所得截面的特征 (1)用一个平面去截球，截面是圆面． (2)球心和截面圆心的连线垂直于截面．(3)球心到截面的距离d 与球的半径R 以及截面的半径r ，有下面的关系r ＝R 2－d 2.3．常见的几何体与球的切、接问题的解决策略：解决此类问题的实质就是根据几何体的相关数据求球的直径或半径，关键是根据“切点”和“接点”，作出轴截面图，把空间问题转化为平面问题来计算．一、选择题1．若两球的体积之和是12π，经过两球球心的截面圆周长之和为6π，则两球的半径之差为( ) A ．1 B ．2 C ．3 D ．4答案 A解析 设两球的半径分别为R ，r (R ＞r )，则由题意得⎩⎪⎨⎪⎧43πR 3＋43πr 3＝12π，2πR ＋2πr ＝6π，解得⎩⎪⎨⎪⎧R ＝2，r ＝1，∴R －r ＝1.2．如图所示的是古希腊数学家阿基米德的墓碑文，墓碑上刻着一个圆柱，圆柱内有一个内切球，这个球的直径恰好与圆柱的高相等，相传这个图形表达了阿基米德最引以为豪的发现，则圆柱的体积与球的体积之比和圆柱的表面积与球的表面积之比分别为( )A.32，32B.43，1C.32，1 D.43，43答案 A解析 设球的半径为R ，则圆柱的底面半径为R ，高为2R ， ∴V 圆柱＝πR 2×2R ＝2πR 3，V 球＝43πR 3，则V 圆柱V 球＝2πR 343πR 3＝32， S 圆柱S 圆＝6πR 24πR 2＝32. 3．一个正四棱柱的各个顶点都在一个半径为2 cm 的球面上，如果正四棱柱的底面边长为2 cm ，那么该棱柱的表面积为( ) A ．(2＋42) cm 2 B ．(8＋162) cm 2 C ．(4＋82) cm 2 D ．(16＋322) cm 2 答案 B解析 ∵一个正四棱柱的各个顶点都在一个半径为2 cm 的球面上，正四棱柱的底面边长为2 cm ，球的直径为正四棱柱的体对角线，∴正四棱柱的体对角线为4 cm ，正四棱柱的底面对角线长为2 2 cm ， ∴正四棱柱的高为16－8＝2 2 cm ，∴该棱柱的表面积为2×22＋4×2×22＝8＋16 2 (cm 2)，故选B.4．一平面截一球得到直径为6 cm 的圆面，球心到这个圆面的距离是4 cm ，则该球的体积是( ) A.100π3 cm 3B.208π3 cm 3C.500π3 cm 3D.4163π3cm 3答案 C解析 如图，根据题意，OO 1＝4 cm ，O 1A ＝3 cm ， ∴OA ＝R ＝OO 21＋O 1A 2＝5(cm)，故球的体积V ＝43πR 3＝500π3(cm 3)．故选C.5．若与球外切的圆台的上、下底面半径分别为r ，R ，则球的表面积为( ) A ．4π(r ＋R )2 B ．4πr 2R 2 C ．4πRr D ．π(R ＋r )2答案 C解析 方法一 如图，设球的半径为r 1，则在Rt △CDE 中，DE ＝2r 1，CE ＝R －r ，DC ＝R ＋r .由勾股定理得4r 21＝(R ＋r )2－(R －r )2，解得r 1＝Rr .故球的表面积为S 球＝4πr 21＝4πRr .方法二 如图，设球心为O ，球的半径为r 1，连接OA ，OB ，则在Rt △AOB 中，OF 是斜边AB 上的高．由相似三角形的性质得OF 2＝BF ·AF ＝Rr ，即r 21＝Rr ，故r 1＝Rr ，故球的表面积为S 球＝4πRr .6．等体积的球和正方体的表面积S 球与S 正方体的大小关系是( ) A ．S 正方体>S 球 B ．S 正方体<S 球 C ．S 正方体＝S 球 D ．无法确定答案 A解析 设正方体的棱长为a ，球的半径为R ，由题意，得V ＝43πR 3＝a 3，∴a ＝3V ，R ＝33V 4π，∴S 正方体＝6a 2＝63V 2＝3216V 2，S 球＝4πR 2＝336πV 2<3216V 2.7．已知底面边长为1，侧棱长为2的正四棱柱的各顶点均在同一球面上，则该球的体积为( ) A.32π3 B ．4π C ．2π D.43π 答案 D解析 ∵正四棱柱的底面边长为1，侧棱长为2，∴正四棱柱的体对角线的长为1＋1＋(2)2＝2.又∵正四棱柱的顶点在同一球面上，∴正四棱柱体对角线恰好是球的一条直径，∴球的半径R ＝1. 故球的体积为V ＝43πR 3＝43π.二、填空题8．如图，一个圆柱和一个圆锥的底面直径和它们的高都与一个球的直径相等，这时圆柱、圆锥、球的体积之比为________．答案 3∶1∶2解析 设球的半径为R ，则 V 柱＝πR 2·2R ＝2πR 3， V 锥＝13πR 2·2R ＝23πR 3，V 球＝43πR 3，故V 柱∶V 锥∶V 球＝2πR 3∶23πR 3∶43πR 3＝3∶1∶2.9．圆柱形容器的内壁底半径是10 cm ，有一个实心铁球浸没于容器的水中，若取出这个铁球，测得容器的水面下降了53 cm ，则这个铁球的表面积为________cm 2.答案 100π解析 设该铁球的半径为r ，则由题意得43πr 3＝π×102×53，解得r ＝5，∴这个铁球的表面积S ＝4π×52＝100π(cm 2)．10．已知圆柱的高为1，它的两个底面的圆周在直径为2的同一个球的球面上，则该圆柱的体积为________．答案 3π4 解析 由题意得，该圆柱底面圆周半径r ＝12－⎝⎛⎭⎫122＝32. ∴该圆柱的体积为V ＝πr 2h ＝π⎝⎛⎭⎫322×1＝3π4. 11．如果一个球的外切圆锥的高是这个球的半径的3倍，则圆锥的侧面积和球的表面积之比为________．答案 3∶2⎝⎛⎭⎫或32解析 如图，△ABC 为圆锥的轴截面，截球面得圆O ，由题意知AD ＝3OE ，则OA ＝2OE ，设OE ＝r ，则OA ＝2r ，AD ＝3r ， 在Rt △AEO 中，sin ∠EAO ＝12， 又∵0°<∠EAO <90°，∴∠EAO ＝30°.在Rt △ABD 中，tan ∠BAD ＝BD AD ＝BD 3r ＝33，BD ＝3r . 则AB ＝AD 2＋BD 2＝(3r )2＋(3r )2＝23r ，圆锥的侧面积为π×BD ×AB ＝6πr 2，球的表面积为4πr 2，∴所求的比值为6πr 2∶4πr 2＝3∶2.12．已知直三棱柱ABC －A 1B 1C 1的6个顶点都在球O 的球面上．若AC ＝3，AB ＝4，AB ⊥AC ，AA 1＝12，则球O 的半径为________．答案 132解析 可将直三棱柱ABC －A 1B 1C 1补形到长方体ABEC －A 1B 1E 1C 1中如图所示，则BC 1为直三棱柱ABC －A 1B 1C 1的外接球的直径，∴BC 1＝32＋42＋122＝13，∴球O 的半径为132. 三、解答题13．一个高为16的圆锥内接于一个体积为972π的球，在圆锥内又有一个内切球，求：(1)圆锥的侧面积；(2)圆锥的内切球的体积．解 (1)如图作轴截面，则等腰三角形CAB 内接于⊙O ，⊙O 1内切于△ABC .设⊙O 的半径为R ，由题意，得43πR 3＝972π， 所以R 3＝729，R ＝9，所以CE ＝18.已知CD ＝16，所以ED ＝2.连接AE ，因为CE 是直径，所以CA ⊥AE ，所以CA 2＝CE ·CD ＝18×16＝288，所以CA ＝122，因为AB ⊥CD ，所以AD 2＝CD ·DE ＝16×2＝32，所以AD ＝42，S 圆锥侧＝π×42×122＝96π.(2)设内切球O 1的半径为r ，因为△ABC 的周长为2×(122＋42)＝322，所以S △ABC ＝12r ·322＝12×82×16，解得r ＝4， 所以内切球O 1的体积V 球＝43πr 3＝2563π. 四、探究与拓展14．已知长方体共顶点的三个侧面面积分别为3，5，15，则它的外接球表面积为________． 答案 9π解析 如图，是过长方体的一条体对角线AB 的截面，设长方体有公共顶点的三条棱的长分别为x ，y ，z ，则由已知，得⎩⎪⎨⎪⎧ xy ＝3，yz ＝5，zx ＝15，解得⎩⎪⎨⎪⎧ x ＝3，y ＝1，z ＝ 5.所以球的半径R ＝12AB ＝12x 2＋y 2＋z 2＝32， 所以S 球＝4πR 2＝9π. 15．有三个球，第一个球内切于正方体的六个面，第二个球与这个正方体各条棱都相切，第三个球过这个正方体的各个项点，求这三个球的表面积之比．解 设正方体棱长为a ，三个球的半径依次为R 1，R 2，R 3，则有2R 1＝a ，R 1＝a 2，2a ＝2R 2，R 2＝22a ，3a ＝2R 3，R 3＝32a ，所以R 1∶R 2∶R 3＝1∶2∶ 3. 所以S 1∶S 2∶S 3＝R 21∶R 22∶R 23＝1∶2∶3.即这三个球的表面积之比为1∶2∶3.。
高一数学必修二 1.3.2 球的体积和表面积
B.81π
C.27π
解析:V=
4π 3
×
33
=
36π.
答案:D
D.36π
12
知识梳理
2.球的表面积 如果球的半径为R,那么它的表面积S=4πR2.
【做一做 2】 半径为 5的球的表面积等于 . 解析:S=4π×( 5)2 = 20π. 答案:20π
与球有关的组合体问题的解题策略 剖析:可通过画过球心的截面来分析.例如,底面半径为r,高为h的 圆锥内部有一球O,且球与圆锥的底面和侧面均相切.
如图,过球心O和圆锥的顶点A作圆锥的截面,则球心是等腰三角 形ABC的内接圆的圆心,AB和AC均是圆锥的母线,BC是圆锥的底面 直径,D是圆锥底面的圆心.
用同样的方法可得出以下结论: (1)若长方体的8个顶点在同一个球面上,则长方体的体对角线是 球的直径; 若球与正方体的六个面均相切,则球的直径等于正方体的棱长; 若球与正方体的12条棱均相切,则球的直径是正方体的面对角线. (2)若球与圆柱的底面和侧面均相切,则球的直径等于圆柱的高, 也等于圆柱底面圆的直径. (3)若球与圆台的底面和侧面均相切,则球的直径等于圆台的高.
3π.
答案:3π
题型一 题型二 题型三
反思1.由三视图计算球或球与其他几何体的组合体的表面积或体 积,最重要的是还原组合体,并弄清组合体的结构特征和三视图中 数据的含义.此时要特别注意球的三种视图都是直径相同的圆.
2.计算球或与球有关的组合体的表面积与体积时要恰当地分割 与拼接,避免重叠和交叉.
题型一 题型二 题型三
题型一 题型二 题型三
重点例题
【例 1】 (1)已知球的表面积为 64π,求它的体积;
(2)已知球的体积为
500π 3
人教版数学必修二1.3.2球的体积和表面积
S圆柱侧 2R 2R 4R2
S球 S圆柱侧
一、公式应用
例2.篮球直径是10cm,不考虑球皮 厚度，求它的体积.
二、球的内切和外接问题
拓展一 在物流快递中，邮递员要将此篮球（充气状态）用正方 体纸箱进行打包，怎样做才能做到用料最省？
思考：用料最省时,球与正方体有什么位置关系?
棱长
球内切于正方体
RS1
+
1 3
RS2
+
1 3
RS3
+...
=
1 3
R(S1
+
S2
+
S3
+
...)
=
1 3
RS球表
S球表=4πR2
s3 s2
R s1
O
知识要点
球的体积公式：
V 4πR3 3
思考：球的体积、表面积的 求解由哪个量来决定的？
球半径R
球的表面积公式：
S 4πR2
解惑一
座落于莱阳河东新区鹤山路与梨园路交叉口的山东莱阳国际酒店是由锦江国际酒店 管理有限公司管理，邻近莱阳火车站，酒店集传统中式的优雅与现代设计于一身，体现 一流的舒适感和实用性。现酒店管理层决定在半球形屋顶嵌上一层特殊化学材料以更好 地保护酒店，那么，需要多少面积的这种化学材料呢？
实际问题
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实际问题
应用练习
分析：解决本题关键是求出半球的体积和圆锥的体积，然后 使得圆锥体积大于等于半球的体积即可.
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1．3.3 球的体积和表面积
1．一个球的表面积扩大为原来的4倍，那么该球的体积扩大为原来的________倍．
2．半径为1的球和边长为2的正方体，它们的表面积的大小关系是( )
A ．S 球>S 正方体
B ．S 球＝S 正方体
C ．S 球<S 正方体
D ．不能确定
3．将棱长为1的正方体木块加工成一个体积最大的球，那么球的体积为( )
A.3π2
B.π6
C.2π3
D.3π2
4．若半径为1的球面上两点A ，B 间的球面距离为2π3
，则弦长AB 等于( ) A.32
B ．1 C. 2 D. 3
5．球的一个截面面积为49π cm 2，球心到截面距离为24 cm ，则球的表面积是________．
6．已知OA 为球O 的半径，过OA 的中点M 且垂直于OA 的平面截球面得到圆M ，若圆M 的面积为3π，则球O 的表面积等于________．
7．已知正方体外接球的体积是32π3
，那么正方体的棱长等于( ) A ．2 2 B.2 33
C.4 23
D.4 33 8．圆柱形容器的内壁底半径为5 cm ，两个直径为5 cm 的玻璃小球都浸没于容器的水中，若取出这两个小球，则容器的水面将下降( )
A.53 cm
B.35
cm C.45 cm D.43
cm 9．圆柱形容器内盛有高度为8 cm 的水，若放入三个相同的珠(球的半径与圆柱的底面半径相同)后，水恰好淹没最上面的球(如图K1-3-6)，求球的半径．
图K1-3-6
10．如图K1-3-7(单位：cm)，求图中阴影部分绕AB 旋转一周所形成的几何体的表面积
和体积．
图K1-3-7
1．3.3 球的体积和表面积
1．8 2.A 3.B 4.D
5．2500π cm 2 解析：球半径为25 cm.
6．16π 解析：设球的半径为R ，则由题意及截面性质可知，球心到截面的距离为R 2
，截面的半径为3R 2，由圆的面积公式可知π⎝⎛⎭
⎫3R 22＝3π，R ＝2，S 球表面积＝4πR 2＝16π. 7．D 解析：正方体的对角线就是其外接球的直径，设正方体的棱长为x ，则正方体的
对角线长为3x ，由题设有43π×⎝⎛⎭⎫3x 23＝32π3，解得x ＝4 33
. 8．A
9．解：设球的半径为r ，则由3V 球＋V 水＝V 柱，可得3×43
·πr 3＋πr 2×8＝πr 2×6r ，解得r ＝4.
10．解：由题意知，所求旋转体的表面积由三部分组成：圆台下底面、侧面和半球面． S 半球＝8π，S 圆台侧＝35π，S 圆台底＝25π.
故所求几何体的表面积为68π cm 2.
由V 圆台＝13×[π×22＋(π×22)×(π×52)＋π×52]×4＝52π，V 半球＝43π×23×12＝163
π. 所以，旋转体的体积为
V 圆台－V 半球＝52π－163π＝1403
π(cm 3。