柱锥台的表面积与体积
柱体、锥体、台体、球的体积与球的表面积
柱体、锥体、台体、球的体积与球的表面积学习目标 1.掌握柱体、锥体、台体的体积公式,会利用它们求有关几何体的体积.2.了解球的表面积与体积公式,并能应用它们求球的表面积及体积.3.会求简单组合体的体积及表面积.知识点一 柱体、锥体、台体的体积公式1.柱体的体积公式V =Sh (S 为底面面积,h 为高); 2.锥体的体积公式V =13Sh (S 为底面面积,h 为高);3.台体的体积公式V =13(S ′+S ′S +S )h (S ′、S 为上、下底面面积,h 为高);4.柱体、锥体、台体的体积公式之间的关系V =ShV =13(S ′+S ′S +S )hV =13Sh .知识点二 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.类型一 柱体、锥体、台体的体积例1 (1)如图所示,已知三棱柱ABC -A 1B 1C 1的所有棱长均为1,且AA 1⊥底面ABC ,则三棱锥B 1-ABC 1的体积为( )A.312B.34C.612D.64答案 A解析 三棱锥B 1-ABC 1的体积等于三棱锥A -B 1BC 1的体积,三棱锥A -B 1BC 1的高为32,底面积为12,故其体积为13×12×32=312.(2)现有一个底面直径为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 的圆锥形铅锤,铅锤完全浸没在水中.当铅锤从水中取出后,杯里的水将下降( )A .0.6 cmB .0.15 cmC .1.2 cmD .0.3 cm 答案 A解析 设杯里的水下降h cm ,由题意知π(202)2h =13×20×π×32,解得h =0.6 cm.反思与感悟 (1)常见的求几何体体积的方法 ①公式法:直接代入公式求解.②等积法:如四面体的任何一个面都可以作为底面,只需选用底面积和高都易求的形式即可. ③分割法:将几何体分割成易求解的几部分,分别求体积. (2)求几何体体积时需注意的问题柱、锥、台体的体积的计算,一般要找出相应的底面和高,要充分利用截面、轴截面,求出所需要的量,最后代入公式计算.跟踪训练1 (1)如图所示,在长方体ABCD -A ′B ′C ′D ′中,用截面截下一个棱锥C -A ′DD ′,求棱锥C -A ′DD ′的体积与剩余部分的体积之比.解 设AB =a ,AD =b ,AA ′=c , ∴V C -A ′D ′D =13CD ·S △A ′D ′D =13a ·12bc =16abc ,∴剩余部分的体积为V ABCD -A ′B ′C ′D ′-V C -A ′D ′D =abc -16abc =56abc ,∴棱锥C -A ′DD ′的体积与剩余部分的体积之比为1∶5.(2)已知一个三棱台上、下底面分别是边长为20 cm 和30 cm 的正三角形,侧面是全等的等腰梯形,且侧面面积等于上、下底面面积之和,求棱台的高和体积.解 如图,在三棱台ABC -A ′B ′C ′中,取上、下底面的中心分别为O ′,O ,BC ,B ′C ′的中点分别为D ,D ′,则DD ′是梯形BCC ′B ′的高. 所以S 侧=3×12×(20+30)×DD ′=75DD ′.又因为A ′B ′=20 cm ,AB =30 cm ,则上、下底面面积之和为S 上+S 下=34×(202+302)=3253(cm 2).由S 侧=S 上+S 下,得75DD ′=3253,所以DD ′=1333(cm),O ′D ′=36×20=1033(cm),OD =36×30=53(cm), 所以棱台的高h =O ′O =D ′D 2-(OD -O ′D ′)2 =(1333)2-(53-1033)2=43(cm). 由棱台的体积公式,可得棱台的体积为V =h 3(S 上+S 下+S 上·S 下)=433×(34×202+34×302+34×20×30)=1 900(cm 3).类型二 球的表面积与体积命题角度1 与球有关的切、接问题例2 (1)求球与它的外切等边圆锥(轴截面是正三角形的圆锥叫等边圆锥)的体积之比.解 如图等边△ABC 为圆锥的轴截面,截球面得圆O . 设球的半径OE =R , OA =OE sin 30°=2OE =2R ,∴AD =OA +OD =2R +R =3R , BD =AD ·tan 30°=3R , ∴V 球=43πR 3,V 圆锥=13π·BD 2×AD =13π(3R )2×3R =3πR 3,则V 球∶V 圆锥=4∶9.(2)设长方体的长、宽、高分别为2a ,a ,a ,其顶点都在一个球面上,则该球的表面积为( )A .3πa 2B .6πa 2C .12πa 2D .24πa 2 答案 B解析 长方体的体对角线是其外接球的直径,由长方体的体对角线为(2a )2+a 2+a 2=6a , 得球的半径为62a ,则球的表面积为4π(62a )2=6πa 2. 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2 (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 3 D .1∶9 答案 C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, ∴其体积比为43π×(12)3∶43π×(32)3=1∶3 3.(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×(32)2=9π.命题角度2 球的截面例3 在球内有相距9 cm 的两个平行截面面积分别为49π cm 2和400π cm 2,求此球的表面积. 解 方法一 (1)若两截面位于球心的同侧,如图(1)所示的是经过球心O 的大圆截面,C ,C 1分别是两平行截面的圆心,设球的半径为R cm ,截面圆的半径分别为r cm ,r 1 cm.由πr 21=49π,得r 1=7(r 1=-7舍去), 由πr 2=400π,得r =20(r =-20舍去).在Rt △OB 1C 1中,OC 1=R 2-r 21=R 2-49,在Rt △OBC 中,OC =R 2-r 2=R 2-400.由题意可知OC 1-OC =9,即R 2-49-R 2-400=9, 解此方程,取正值得R =25.(2)若球心在截面之间,如图(2)所示,OC 1=R 2-49,OC =R 2-400.由题意可知OC 1+OC =9, 即R 2-49+R 2-400=9.整理,得R 2-400=-15,此方程无解,这说明第二种情况不存在.综上所述,此球的半径为25 cm.∴S球=4πR2=4π×252=2 500π(cm2).方法二(1)若截面位于球心的同侧,同方法一,得OC21=R2-49,OC2=R2-400,两式相减,得OC21-OC2=400-49⇔(OC1+OC)(OC1-OC)=351.又OC1-OC=9,∴OC1+OC=39,解得OC1=24,OC=15,∴R2=OC2+r2=152+202=625,∴R=25 cm.(以下略)反思与感悟设球的截面圆上一点A,球心为O,截面圆心为O1,则△AO1O是以O1为直角顶点的直角三角形,解答球的截面问题时,常用该直角三角形求解,并常用过球心和截面圆心的轴截面.跟踪训练3把本例的条件改为“球的半径为5,两个平行截面的周长分别为6π和8π”,则两平行截面间的距离是()A.1 B.2 C.1或7 D.2或6答案 C解析画出球的截面图,如图所示.两平行直线是球的两个平行截面的直径,有两种情形:①两个平行截面在球心的两侧,②两个平行截面在球心的同侧.对于①,m=52-32=4,n=52-42=3,两平行截面间的距离是m+n=7;对于②,两平行截面间的距离是m-n=1.故选C.类型三组合体的体积例4某几何体的三视图如图所示,则该几何体的体积为()A.13+π B.23+π C.13+2π D.23+2π 答案 A解析 由三视图可知该几何体是一个三棱锥与半个圆柱的组合体,V =12π×12×2+13×(12×1×2)×1=π+13.故选A.反思与感悟 此类问题的关键是把三视图还原为空间几何体,再就是代入公式计算,注意锥体与柱体两者的体积公式的区别.解答组合体问题时,要注意知识的横向联系,善于把立体几何问题转化为平面几何问题,运用方程思想与函数思想解决,融计算、推理、想象于一体. 跟踪训练4 如图,是一个奖杯的三视图(单位:cm),底座是正四棱台,求这个奖杯的体积.解 三视图复原的几何体下部是底座是正四棱台,中部是圆柱,上部是球. 这个奖杯的体积V =13h (S 上+S 上S 下+S 下)+22π·16+4π3×33=336+100π(cm 3).1.已知一个铜质的五棱柱的底面积为16 cm 2,高为4 cm ,现将它熔化后铸成一个正方体的铜块(不计损耗),那么铸成的铜块的棱长是( ) A .2 cm B .3 cm C .4 cm D .8 cm 答案 C解析 ∵铜质的五棱柱的底面积为16 cm 2,高为4 cm , ∴铜质的五棱柱的体积V =16×4=64(cm 3), 设熔化后铸成一个正方体的铜块的棱长为a cm , 则a 3=64,解得a =4 cm ,故选C.2.已知高为3的棱柱ABC —A 1B 1C 1的底面是边长为1的正三角形(如图),则三棱锥B 1—ABC 的体积为( )A.14B.12C.36D.34答案 D解析 V =13Sh =13×34×3=34.3.将棱长为2的正方体木块削成一个体积最大的球,则这个球的表面积为( ) A .2π B .4π C .8π D .16π答案 B解析 体积最大的球是其内切球,即球的半径为1,所以表面积为S =4π×12=4π.4.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∶2.5.某几何体的三视图如图所示,则其表面积为________.答案 3π解析 由三视图可知,该几何体是一个半径为1的半球,其表面积为半个球面面积与截面面积的和,即12×4π+π=3π.1.柱体、锥体、台体的体积之间的内在关系为V 柱体=Sh ←―――S ′=S V 台体=13h (S +SS ′+S ′)――→S ′=0V 锥体=13Sh .2.在三棱锥A -BCD 中,若求点A 到平面BCD 的距离h ,可以先求V A -BCD ,h =3V S △BCD.这种方法就是用等体积法求点到平面的距离,其中V 一般用换顶点法求解,即V A -BCD =V B -ACD =V C -ABD =V D -ABC ,求解的原则是V 易求,且△BCD 的面积易求.3.求几何体的体积,要注意分割与补形.将不规则的几何体通过分割或补形将其转化为规则的几何体求解.4.利用球的半径、球心到截面圆的距离、截面圆的半径可构成直角三角形,进行相关计算. 5.解决球与其他几何体的切接问题时,通常先作截面,将球与几何体的各量体现在平面图形中,再进行相关计算.课时作业一、选择题1.如果轴截面为正方形的圆柱的侧面积是4π,那么圆柱的体积等于( ) A .π B .2π C .4π D .8π 答案 B解析 设圆柱母线长为l ,底面半径为r ,由题意得⎩⎪⎨⎪⎧ l =2r ,2πrl =4π,解得⎩⎪⎨⎪⎧r =1,l =2.∴V 圆柱=πr 2l =2π.2.如图,在正方体中,四棱锥S -ABCD 的体积占正方体体积的( )A.12B.13C.14 D .不确定 答案 B解析 由于四棱锥S -ABCD 的高与正方体的棱长相等,底面是正方形,根据柱体和锥体的体积公式,得四棱锥S -ABCD 的体积占正方体体积的13,故选B.3.如图是某几何体的三视图,则该几何体的体积为( )A.92π+12 B.92π+18 C .9π+42 D .36π+18答案 B解析 由三视图可知该几何体是一个长方体和球构成的组合体,其体积V =43π(32)3+3×3×2=92π+18. 4.如图,ABC -A ′B ′C ′是体积为1的棱柱,则四棱锥C -AA ′B ′B 的体积是( )A.13B.12C.23D.34答案 C解析 ∵V C -A ′B ′C ′=13V ABC -A ′B ′C ′=13,∴V C -AA ′B ′B =1-13=23.5.一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 1|2+|O 1A |2=5(cm), 故球的体积V =43πR 3=500π3(cm 3).故选C.6.一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 .(4+82) cm 2 C .(8+162) cm 2 D .(16+322) cm 2答案 C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,正四棱柱的底面对角线长为22,∴正四棱柱的高为16-8=22,∴该棱柱的表面积为2×22+4×2×22=8+162,故选C.7.如图,在梯形ABCD 中,∠ABC =π2,AD ∥BC ,BC =2AD =2AB =2,将梯形ABCD 绕AD所在的直线旋转一周而形成的曲面所围成的几何体的体积为( )A.23πB.43πC.53π D .2π答案 C解析由题意,旋转而成的几何体是圆柱,挖去一个圆锥(如图),该几何体的体积为π×12×2-13×π×12×1=53π.8.一个表面积为36π的球外切于一圆柱,则圆柱的表面积为()A.45π B.27π C.36π D.54π答案 D解析因为球的表面积为36π,所以球的半径为3,因为该球外切于圆柱,所以圆柱的底面半径为3,高为6,所以圆柱的表面积S=2π×32+2π×3×6=54π.二、填空题9.如图,三棱柱A1B1C1-ABC中,已知D,E,F分别为AB,AC,AA1的中点,设三棱锥A -FED的体积为V1,三棱柱A1B1C1-ABC的体积为V2,则V1∶V2的值为________.答案124解析设三棱柱的高为h,∵F是AA1的中点,则三棱锥F-ADE的高为h2,∵D,E分别是AB,AC的中点,∴S△ADE=14S△ABC,∵V1=13S△ADE·h2,V2=S△ABC·h,∴V1V2=16S△ADE·hS△ABC·h=124.10.圆锥的侧面展开图为扇形,若其弧长为2π cm,半径为 2 cm,则该圆锥的体积为___ cm3. 答案π3解析∵圆锥的侧面展开图的弧长为2π cm,半径为 2 cm,故圆锥的底面周长为2π cm,母线长为 2 cm ,则圆锥的底面半径为1,高为1,则圆锥的体积V =13·π·12·1=π3.11.已知某几何体的三视图如图所示,其中正视图、侧视图均是由三角形与半圆构成,俯视图由圆与内接三角形构成,根据图中的数据可得此几何体的体积为________.答案2π6+16解析 由已知的三视图可知原几何体的上方是三棱锥,下方是半球,∴V =13×(12×1×1)×1+[43π(22)3]×12=16+2π6. 12.若一个四面体的四个面中,有两个面都是直角边长为1的等腰直角三角形,另两个面都是直角边长分别为1和2的直角三角形,则该四面体的外接球的表面积为________. 答案 3π解析 满足题意的四面体为如图所示的正方体中的三棱锥V -ABC ,所以VA =AB =BC =1,VB =AC =2,其外接球即为该正方体的外接球,故其半径为R =32, 所以该四面体外接球的表面积为4π×(32)2=3π. 三、解答题13.如图所示,半径为R 的半圆内的阴影部分是以直径AB 所在直线为轴,旋转一周得到的一几何体,求该几何体的表面积和体积.(其中∠BAC =30°)解 过C 作CO 1⊥AB 于点O 1,由已知得∠BCA =90°, ∵∠BAC =30°,AB =2R , ∴AC =3R ,BC =R ,CO 1=32R . ∴S 球=4πR 2,1圆锥侧AO S =π×32R ×3R =32πR 2, 1圆锥侧BO S =π×32R ×R =32πR 2,∴11几何体表球圆锥侧圆锥侧=++AO BO S S S S=4πR 2+32πR 2+32πR 2=11+32πR 2.又∵V 球=43πR 3,1圆锥AO V =13·AO 1·π·CO 21=14πR 2·AO 1, 1圆锥BO V =13·BO 1·π·CO 21=14πR 2·BO 1, ∴V 几何体=V 球-()11圆锥圆锥+AO BO V V =56πR 3.四、探究与拓展14.圆柱形容器内盛有高度为6 cm 的水,若放入三个相同的球(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,如图所示.则球的半径是( )A .1 cmB .2 cmC .3 cmD .4 cm答案 C解析 设球半径为r ,则由3V 球+V 水=V 柱,可得 3×43πr 3+πr 2×6=πr 2×6r ,解得r =3. 15.如图所示,已知某几何体的三视图如下(单位:cm).(1)画出这个几何体(不要求写画法); (2)求这个几何体的表面积及体积. 解 (1)这个几何体如图所示.(2)这个几何体可看成是正方体AC 1及直三棱柱B 1C 1Q -A 1D 1P 的组合体. 由P A 1=PD 1= 2 cm ,A 1D 1=AD =2 cm , 可得P A 1⊥PD 1.故所求几何体的表面积S =5×22+2×2×2+2×12×(2)2=22+42(cm 2),所求几何体的体积V =23+12×(2)2×2=10(cm 3).。
2020版人教A数学必修2:1.3.1 柱体、锥体、台体的表面积与体积
的底面积 S= 1 ×4×2=4,棱锥的高 h=4,所以棱锥的体积 V= 1 ×4×4= 16 .
2
3
3
故选 B.
[备用例2] 1.如图,一个底面半径为2的圆柱被一平面所截,截得的几何体的最短和 最长母线长分别为2和3,求该几何体的体积.
解:用一个完全相同的几何体把题中几何体补成一个圆柱,如图,则圆柱 的体积为π×22×5=20π,故所求几何体的体积为10π.
2.如图,网格纸上小正方形的边长为1,粗线画出的是某几何体的三视图, 则此几何体的体积为( B )
(A)6 (B)9 (C)12 (D)18 解析:由三视图可知该几何体为底面是斜边为 6 的等腰直角三角形,高为 3 的 三棱锥,其体积为 1 × 1 ×6×3×3=9.
32
3.(2018·天津河西区高一期中)一个几何体的三视图如图所示,则该几何
体的体积为
.
解析:几何体上部是圆锥,下部是圆柱,所以几何体的体积为π·12×4+ 1 × 3
22π×2= 20π . 3
答案: 20π 3
4.(2018·杭州高一期中)某几何体的三视图如图所示,则该几何体的体积
是
;表面积是
.
解析:由题意几何体是棱长为 2 的正方体,挖去一底面半径为 1,高为 1 的圆锥,
π rl+π
r2
. .
圆台
上底面面积:S上底= 下底面面积:S下底=
π r′2 . π r2 .
侧面积:S侧= π l(r+r′) .
表面积:S= π (r′2+r2+r′l+rl) .
2.柱体、锥体、台体的体积公式 柱体的体积公式 V=Sh(S 为底面面积,h 为高);
柱锥台球的体积与表面积
2 锥体的体积
V = 1/3πr²h
如何计算柱锥台球的体积
1
Step 1
测量柱体的半径(r)和高度(h)
Step 2
2
使用柱体的体积公式计算柱体的体积(Vc)
3
Step 3
测量锥体的半径(r)和高度(h)
Step 4
4
使用锥体的体积公式计算锥体的体积(Vc)
5
Step 5
将柱体的体积和锥体的体积相加得到柱锥台 球的总体积(V)
4
使用锥体的表面积公式计算锥体的表面积
(A c)
5
Step 5
将柱体的表面积和锥体的表面积相加得到柱 锥台球的总表面积(A)
柱锥台球的尺寸影响体积和表 面积吗?
柱锥台球的尺寸,如半径和高度,会直接影响它的体积和表面积。增加柱锥 台球的尺寸会增加其体积和表面积。
柱锥台球的体积和表面积之间 的关系
柱锥台球的体积和表面积之间是相互关联的。当柱锥台球的体积增加时,它 的表面积也会增加。
柱锥台球的表面积公式
1 柱体的表面积
A = 2πrh + 2πr²
2 锥体的表面积
A = πr(l + r)
如何计算柱锥台球的表面积径(r)和高度(h)
Step 2
2
使用柱体的表面积公式计算柱体的表面积
(A c)
3
Step 3
测量锥体的半径(r)和斜高(l)
Step 4
柱锥台球的体积与表面积
柱锥台球是一种特殊形状的台球,它由柱体和锥体两部分组成。在本演示中, 我们将讨论柱锥台球的体积和表面积,以及与数学和物理学的关系。
柱锥台球的形状
柱锥台球由一个底部较大的柱体和一个顶部较小的锥体组成。这种特殊形状 让它成为一个有趣的几何体。
柱锥台表面积及体积
S侧= rl
S表= r 2 rl
S表 (r12 r12 r1 r2 )l
an'y S侧 (r1 r提升
an'y
学习新知
巩固新知
总结提升
解:一个花盆需要涂漆的面积为: S= ( 10+5) 10+ 52 - 12 =150 +25 - =174 cm2
an'y
3 2 2 6 1 6 3 cm3 4
4
cm3
学习新知
巩固新知
总结提升
2 cm
96 cm
2
an'y
a 6
3
学习新知
巩固新知
总结提升
知识总结:
an'y
思想方法总结:“分割思想”、“补体思想 ”及“等价转化思想”.
100个花盆需要油漆: 1 100 174 100=174 ml 10000
an'y
学习新知
巩固新知
总结提升
an'y
学习新知
巩固新知
总结提升
解:正六棱柱的体积 V1 =S底 h 圆柱的体积 1 2 V2 =S底 h = ( )1= cm3 2 4 所以螺帽的体积为 V V1 V2 6 3
圆台
S侧 (r1 r2 )l
r'0
圆锥
S侧 rl
预习落实
学习新知
巩固新知
总结提升
柱体 简单几何 体的体积 锥体
V柱 =Sh
1 V锥 = Sh 3 1 V台 = (S+ S S' +S’ )h 3
一底面为零
台体
柱体、锥体、台体的表面积与体积(附答案)
柱体、锥体、台体的表面积与体积[学习目标] 1.通过对柱、锥、台体的研究,掌握柱、锥、台体的表面积的求法.2.了解柱、锥、台体的表面积和体积计算公式;能运用柱、锥、台的表面积和体积公式进行计算和解决有关实际问题.知识点一 多面体的表面积多面体的表面积就是各个面的面积的和,也就是展开图的面积. 知识点二 旋转体的表面积思考 求圆柱、圆锥、圆台的表面积时,要求的关键量是什么?答 求圆柱、圆锥的表面积时,关键是求其母线长与底面的半径;求圆台的表面积时,关键是求其母线长与上、下底面的半径. 知识点三 体积公式1.柱体:柱体的底面面积为S ,高为h ,则V =Sh .2.锥体:锥体的底面面积为S ,高为h ,则V =13Sh .3.台体:台体的上、下底面面积分别为S ′、S ,高为h ,则V 3思考 简单组合体分割成几个几何体,其表面积如何变化?其体积呢? 答 表面积变大了,体积不变.题型一 空间几何体的表面积例1 圆台的母线长为8 cm ,母线与底面成60°角,轴截面两条对角线互相垂直,求圆台的表面积.解 如图所示的是圆台的轴截面ABB 1A 1,其中∠A 1AB =60°,过A 1作A 1H ⊥AB 于H ,则O 1O =A 1H =A 1A ·sin 60°=43(cm), AH =A 1A ·cos 60°=4(cm), 即r 2-r 1=AH =4.① 设A 1B 与AB 1的交点为M , 则A 1M =B 1M . 又∵A 1B ⊥AB 1,∴∠A 1MO 1=∠B 1MO 1=45°. ∴O 1M =O 1A 1=r 1. 同理OM =OA =r 2.∴O 1O =O 1M +OM =r 1+r 2=43,② 由①②可得r 1=2(3-1),r 2=2(3+1).∴S 表=πr 21+πr 22+π(r 1+r 2)l =32(1+3)π(cm 2).跟踪训练1 已知棱长为a ,各面均为等边三角形的四面体SABC (即正四面体SABC ),求其表面积.解 由于四面体SABC 的四个面是全等的等边三角形, 所以四面体的表面积等于其中任何一个面面积的4倍. 先求△SBC 的面积,过点S 作SD ⊥BC ,交BC 于点D ,如图所示.因为BC =a ,SD =SB 2-BD 2=a 2-⎝⎛⎭⎫a 22=32a ,所以S △SBC =12BC ·SD =12a ×32a =34a 2.因此,四面体SABC 的表面积为S =4×34a 2=3a 2.题型二 空间几何体的体积例2 在Rt △ABC 中,AB =3,BC =4,∠ABC =90°,把△ABC 绕其斜边AC 所在的直线旋转一周后,所形成的几何体的体积是多少?解 如图所示,两个圆锥的底面半径为斜边上的高BD , 且BD =AB ·BC AC =125,两个圆锥的高分别为AD 和DC , 所以V =V 1+V 2=13πBD 2·AD +13πBD 2·CD=13πBD 2·(AD +CD )=13πBD 2·AC =13π×⎝⎛⎭⎫1252×5=485π. 故所形成的几何体的体积是485π. 跟踪训练2 如图,在棱长为a 的正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1中,求A 到平面A 1BD 的距离d .解 在三棱锥A 1-ABD 中,AA 1⊥平面ABD ,AB =AD =AA 1=a , A 1B =BD =A 1D =2a , ∵11--=,A ABD A A BD V V∴13×12a 2·a =13×12×2a ×32·2a ·d . ∴d =33a .∴A 到平面A 1BD 的距离为33a . 题型三 与三视图有关的表面积、体积问题例3 (1)某几何体的三视图如图所示(单位:cm),则该几何体的表面积等于( ) A.8π cm 2 B.7π cm 2 C.(5+3)π cm 2D.6π cm 2(2)一个几何体的三视图如图所示(单位:m),则该几何体的体积为________m 3.答案 (1)B (2)6+π解析 (1)此几何体是由一个底面半径为1,高为2的圆柱与一个底面半径为1,母线长为2的圆锥组合而成的,故S 表=S 圆柱侧+S 圆锥侧+S 底=2π×1×2+π×1×2+π×12=7π. (2)由三视图可知该几何体是组合体.下面是长方体,长、宽、高分别为3,2,1;上面是一个圆锥,底面圆半径为1,高为3,所以该几何体的体积为3×2×1+13π×12×3=(6+π) m 3.跟踪训练3 某几何体的三视图如图所示,则该几何体的体积是________.答案 16π-16解析 由三视图可知该几何体是一个圆柱内部挖去一个正四棱柱,圆柱底面圆半径为2,高为4,故体积为16π;正四棱柱底面边长为2,高为4,故体积为16,故题中几何体的体积为16π-16.分割转化求体积例4 如图所示,已知ABCD -A 1B 1C 1D 1是棱长为a 的正方体,E ,F 分别为AA 1,CC 1的中点,求四棱锥A 1-EBFD 1的体积.分析 本题若直接求解较为困难,这里利用“割”的思想,将四棱锥的体积转化为两个等底的三棱锥的体积之和,从而简化求解步骤. 解 因为EB =BF =FD 1=D 1E = a 2+⎝⎛⎭⎫a 22=52a ,D 1F ∥EB ,所以四边形EBFD 1是菱形. 连接EF ,则△EFB ≌△EFD 1.易知三棱锥A 1-EFB 与三棱锥A 1-EFD 1的高相等, 故111122---==.A EBFD A EFB F EBA V V V 又因为1∆EBA S =12EA 1·AB =14a 2,则1-F EBA V =112a 3,所以111122---==A EBFD A EFB F EBA V V V =16a 3.圆柱体积的求解例5 把长、宽分别为4,2的矩形卷成一个圆柱的侧面,求这个圆柱的体积. 分析 利用底面的周长,求得底面半径,利用圆柱的体积公式求解. 解 设圆柱的底面半径为r ,母线长为l ,高为h .如图①所示,当2πr =4,l =2时,r =2π,h =l =2,所以V 圆柱=πr 2h =8π;如图②所示,当2πr =2,l =4时,r =1π,h =l =4;所以,此时V 圆柱=πr 2h =4π.1.一个圆柱的侧面展开图是一个正方形,则这个圆柱的表面积与侧面积的比是( ) A.1+2π2π B.1+2π4π C.1+2ππ D.1+4π2π2.如图,一个底面半径为2的圆柱被一平面所截,截得的几何体的最短和最长母线长分别为2和3,则该几何体的体积为( )A.5πB.6πC.20πD.10π3.一个几何体的三视图及其尺寸如图(单位:cm),则该几何体的表面积为( )A.12πB.18πC.24πD.36π4.一个六棱锥的体积为23,其底面是边长为2的正六边形,侧棱长都相等,则该六棱锥的侧面积为________.5.如图,在上、下底面对应边的比为1∶2的三棱台中,过上底面一边作一个平行于棱CC 1的平面A 1B 1EF ,这个平面分三棱台成两部分,这两部分的体积之比为________.一、选择题1.将边长为1的正方形以其一边所在直线为旋转轴旋转一周,所得几何体的侧面积是( ) A.4π B.3π C.2π D.π2.已知高为3的直棱柱ABC -A 1B 1C 1的底面是边长为1的正三角形,则三棱锥B 1-ABC 的体积为( ) A.14 B.12C.36D.343.若一个圆锥的轴截面是等边三角形,其面积为3,则这个圆锥的表面积是( ) A.3π B.33π C.2π D.9π4.在一个长方体中,过一个顶点的三条棱长的比是1∶2∶3,它的体对角线长是214,则这个长方体的体积是( ) A.6 B.12 C.24 D.485.一个多面体的三视图如图所示,则该多面体的表面积为( )A.21+ 3B.18+3C.21D.186.体积为52的圆台,一个底面积是另一个底面积的9倍,那么截得这个圆台的圆锥的体积是( )A.54B.54πC.58D.58π7.某三棱锥的三视图如图所示,则该三棱锥的体积是( )A.16B.13C.23D.1二、填空题8.一个圆柱和一个圆锥的轴截面分别是边长为a 的正方形和正三角形,则它们的表面积之比为________.9.现有橡皮泥制作的底面半径为5,高为4的圆锥和底面半径为2,高为8的圆柱各一个.若将它们重新制作成总体积与高均保持不变,但底面半径相同的新的圆锥和圆柱各一个,则新的底面半径为________.10.一个几何体的三视图如图所示(单位:m),则该几何体的体积为________m 3.11.设甲、乙两个圆柱的底面积分别为S 1,S 2,体积分别为V 1,V 2.若它们的侧面积相等,且S 1S 2=94,则V 1V 2的值是________. 三、解答题12.已知某几何体的俯视图是如图所示的矩形,正视图是一个底边长为8、高为4的等腰三角形,侧视图是一个底边长为6、高为4的等腰三角形. (1)求该几何体的体积V ;(2)求该几何体的侧面积S .13.已知底面半径为 3 cm ,母线长为 6 cm 的圆柱,挖去一个以圆柱上底面圆心为顶点,下底面为底面的圆锥,求所得几何体的表面积及体积.当堂检测答案1.答案 A解析 设底面圆半径为r ,母线长为h ,∴h =2πr ,则S 表S 侧=2πr 2+2πrh 2πrh =r +h h =r +2πr 2πr =1+2π2π.2.答案 D解析 用一个完全相同的几何体把题中几何体补成一个圆柱,如图,则圆柱的体积为π×22×5=20π,故所求几何体的体积为10π. 3.答案 C解析 由三视图知该几何体为圆锥,底面半径r =3,母线l =5,∴S 表=πrl +πr 2=24π.故选C. 4.答案 12解析 设正六棱锥的高为h ,侧面的斜高为h ′.由题意,得13×6×12×2×2×32×h =23,∴h =1.∴斜高h ′=12+⎝⎛⎭⎫2×322=2,∴S 侧=6×12×2×2=12.5.答案 3∶4(或4∶3)解析 设三棱台的上底面面积为S 0,则下底面面积为4S 0,111-A B C ABC V 三棱柱=S 0h .111-ABC A B C V 三棱台=73S 0h .设剩余的几何体的体积为V , 则V =73S 0h -S 0h =43S 0h ,体积之比为3∶4或4∶3.课时精练答案一、选择题 1.答案 C解析 底面圆半径为1,高为1,侧面积S =2πrh =2π×1×1=2π.故选C. 2.答案 D 解析 S 底=12×1×1-⎝⎛⎭⎫122=34,所以1B ABC V -三棱锥=13S 底·h =13×34×3=34.3.答案 A解析 设圆锥底面的半径为R ,则由12×2R ×3R =3,得R =1.所以S圆锥表=πRl +πR 2=π×1×2+π=3π. 4.答案 D解析 设长方体的三条棱长分别为a,2a,3a ,那么a 2+(2a )2+(3a )2=214.解得a =2,长方体的体积为V =2×4×6=48. 5.答案 A解析 由三视图可知,该多面体为一个边长为2的正方体在左下角与右上角各切去一个三棱锥,因此该多面体的表面积为6×⎝⎛⎫4-12+12×2×62×2=21+ 3. 6.答案 A解析 设上底面半径为r ,则由题意求得下底面半径为3r ,设圆台高为h 1,则52=13πh 1(r 2+9r 2+3r ·r ),∴πr 2h 1=12.令原圆锥的高为h ,由相似知识得r 3r =h -h 1h ,∴h =32h 1,∴V 原圆锥=13π(3r )2×h =3πr 2×32h 1=92×12=54.7.答案 B解析 如图,三棱锥的底面是一个直角边长为1的等腰直角三角形,有一条侧棱和底面垂直,且其长度为2,故三棱锥的高为2,故其体积V =13×12×1×1×2=13,故选B. 二、填空题 8.答案 2∶1解析 S 圆柱=2·π⎝⎛⎭⎫a 22+2π·a 2·a =32πa 2, S 圆锥=π⎝⎛⎭⎫a 22+π·a 2·a =34πa 2, ∴S 圆柱∶S 圆锥=2∶1. 9.答案7解析 设新的底面半径为r ,则有13×πr 2×4+πr 2×8=13×π×52×4+π×22×8,解得r =7.10.答案 83π11 解析 由三视图可知原几何体是由两个圆锥和一个圆柱组成的,它们有共同的底面,且底面半径为1,圆柱的高为2,每个圆锥的高均为1,所以体积为2×13π×12×1+π×12×2=8π3(m 3). 11.答案 32解析 设两个圆柱的底面半径和高分别为r 1,r 2和h 1,h 2.由S 1S 2=94,得πr 21πr 22=94,∴r 1r 2=32. 由圆柱的侧面积相等,得2πr 1h 1=2πr 2h 2,即r 1h 1=r 2h 2.∴V 1V 2=πr 21h 1πr 22h 2=r 1r 2=32. 三、解答题12.解 由已知可得该几何体是一个底面为矩形、高为4、顶点在底面的投影是矩形中心的四棱锥V -ABCD .(1)V =13×(8×6)×4=64. (2)该四棱锥的两个侧面VAD ,VBC 是全等的等腰三角形,且BC 边上的高为h 1= 42+⎝⎛⎭⎫822=42,另两个侧面VAB ,VCD 也是全等的等腰三角形,AB 边上的高为h 2= 42+⎝⎛⎭⎫622=5.因此S 侧=2⎝⎛⎭⎫12×6×42+12×8×5=40+24 2. 13.解 作轴截面如图,设挖去的圆锥的母线长为l ,底面半径为r ,则l =(6)2+(3)2=9=3(cm).故几何体的表面积为S =πrl +πr 2+2πr ·AD=π×3×3+π×(3)2+2π×3× 6=33π+3π+62π =(33+3+62)π(cm 2).几何体的体积为V =V 圆柱-V 圆锥=π·r 2·AD -13πr 2AD =π×3×6-13×π×3× 6 =26π(cm 3).。
1.1.6柱、锥、台和球的表面积、
是S,高是h,那么它的体积是V锥体= Sh. 2. 如果圆锥的底面半径是R,高是h,则它
的体积是V圆锥=
1 πR2h. 3
1 3
四. 棱台和圆台的体积ຫໍສະໝຸດ 1 1. V台体= ( S SS ' S ')h;其中S、S’分别 3
为台体上、下底面面积,h为台体的高.
2.V圆台=1/3π(r2+Rr+R2)h, 其中r、R分别为圆台的上、
正四面体的表面积的比值为( B )
(A) 2
6 (C) 2
(B) 3 (D) 3
3
3. 侧面都是直角三角形的正三棱锥, 底面边长为a,该三棱锥的全面积是 ( A )
3 3 2 (A) 4 a 3 3 2 (C) a 2
3 2 (B) 4 a
(D) 3 (
2
3 2 )a 4
4. 球内接正方体的表面积与球的表面积 的比为( A )
柱、锥、台和球的表面积 、体 积
一.直棱柱的表面积 1.直棱柱的侧面积等于它的底面周长c 和高h的乘积,即S直棱柱侧=c· h.
一.直棱柱的表面积 1.直棱柱的侧面积等于它的底面周长c 和高h的乘积,即S直棱柱侧=c· h.
2. 直棱柱的表面积就等于侧面积与上、下
底面面积的和.
3.斜棱柱的侧面积,可以先求出每个侧面 的面积,然后求和,也可以用直截面周长 与侧棱长的乘积来求. 其中直截面就是和 棱垂直的截面. 如果斜棱柱的侧棱长为l,直截面的周长 为c’,则其侧面积的计算公式就是 S侧=c’·l.
a' h h'
a
三. 正棱台的表面积
1 1.正棱台的侧面积是S= 2 (c+c’)·h’,其中
柱体、锥体、台体的表面积和体积
c = πr
l
r
图 − −
(图 圆锥侧面展开图是扇形 − − ), 这 l 个扇形的半径为圆锥的 母线长 , 扇形的 弧长等于圆锥底面的周 c = π r, 故圆 长 锥的侧面积为
S圆锥侧= cl = π rl .
S = π r2 + π rl = π r(r + l )
其中 x为图 − − 中小圆锥的母线长 , . 知 由相似三角形的性质可 ,
r x +l c x +l c − c` l = ,即 = , 所以 = , r` x c` x c` x
l 故(c − c`)x = c` .
于是S圆台侧= cd + c`l =
(c + c`)l, 或S圆台侧= π (r + r`)l .
r'O’
l
2πr'
S = π (r + r2 + r'l + rl )
'2
2πr
r
O
三者之间关系
圆柱、圆锥、 圆柱、圆锥、圆台三者的表面积公式之间有什么关 系?
r O′
r'O’
l
O
r’=r =
上底扩大
l
r’=0 =
上底缩小
l
r
O
r
O
S柱 = 2πr (r + l )
′2 + r 2 + r ′l + rl ) S 锥 = πr (r + l ) S台 = π (r
柱体体积
以前学过特殊的棱柱——正方体、长方体以及圆柱 正方体、 以前学过特殊的棱柱 正方体 的体积公式,它们的体积公式可以统一为: 的体积公式,它们的体积公式可以统一为: 为底面面积, 为高 为高). ( 为底面面积 V = Sh S为底面面积,h为高).
柱、锥、台的侧、表面积及体积
1 4 3 三 棱 柱 的 高 为 3 , 故 体 积 为 V = 3 2 = 4 . 23
答案:D
类型一:棱柱、棱锥、棱台的表面积、体积
解题准备:求解有关多面体表面积问题的关键是利 用几何图形的性质找到其特征几何图形,从而体现 出高、斜高、边长等几何元素间的关系,如棱柱的
矩形、棱锥中的直角三角形、棱台中的直角梯形
)
A . 2 B . 3 2 C . 6 D . 6
答案:D
• 解析:设长方体的长、宽、高分别为a、b、c,
a b =2 a =2 由 题 意 不 妨 设 b c =3 , 解 得 = 1 b a c =6 c =3
4.柱、锥、台体的体积
3 a V长方体=________ abc ,V正方体=________,V柱=Sh,
1 V锥= Sh, 3
1 V =( S + S +S S') h . 台 3
这是柱体、锥体、台体统一计算公式,特别的圆柱、
圆锥、圆台还可以分别写成:
2h 1 π r πr2h, V圆柱=________,V圆锥=________
[评析]
两种放置方法中水的形状分别为直四棱柱
形和直三棱柱形,利用其体积不变可求得高. 当侧面AA1B1B水平放置时,可以想象若水凝固不
柱体、锥体、台体的表面积和体积
柱体的体积公式
柱体的体积可以通过以下公式计算:
体积 = 底面积 × 高度 底面积 = πr² 其中,r 是底面半径,h 是高度。
锥体的定义和特征
• 锥体由一个圆锥面和一个尖顶组成。 • 锥体的高度是尖顶到底面的垂直距离。
锥体的表面积公式
柱体、锥体、台体的表面 积和体积
通过学习柱体、锥体和台体的表面积和体积公式,你将能够理解它们的定义、 特征以及在日常生活和建筑中的应用。
柱体的定义和特征
• 柱体由两个平行的圆面以及它们之间的侧面组成。 • 柱体的高度是两个平行圆面之间的垂直距离。
柱体的表面积公式
柱体的表面积可以通过以下公式计算:
锥体的表面积可以通过以下公式计算: 总表面积 = πr² + πrl 其中,r 是底面半径,l 是斜高。
锥体的体积公式
锥体的体积可以通过以下公式计算:
体积 = 1/3 × 底面积 × 高度 底面积 = πr² 其中,r 是底面半径,h由两个平行的圆面和它们之间的侧面组成。 • 底面和顶面是平行的,而侧面是梯形形状。
柱,锥,台的体积及球的表面积和体积
[例2] 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;
O
3
(2) 球] 如图,圆柱的底面直径与高
都等于球的直径.
***补例*** 1. 若圆台的高是3,一个底面半径
是另一个底面半径的2倍,母线与下底 面所成的角是45°,求这个圆台的侧 面积.
***补例***
2. 如图,一块正方形薄铁片的边长
为22cm,以它的一 个顶点为圆心,一
22cm
边长为半径画弧.沿
弧剪下一扇形,围
成一锥筒.求它的侧面积和体积.
1
V锥 3 sh V台 3 h(s s' ss')
1 V锥 3 sh
s'=0
1 V台体 3 h(s s' ss')
V柱 sh
s'=s
V圆锥
1 3
R2h
r=0
V圆台
1 3
h(r 2
R
R2
)
V圆柱 R2h
r=R
三、 球的表面积、体积公式
S球表 4R2
V球
4 R3
3
典型例题 [例1] 有一堆规格相同的铁制六角
1、多面体的表面积公式是什么?
S多面体表 底面面积 侧面面积
2、圆柱体的表面积公式是什么?
S圆柱表 2 r(r l)
3、圆锥体的表面积公式是什么?
S圆锥表 r(r l)
4、圆台的表面积公式是什么?
S圆台表(r'2 r2 r'l rl)
新人教版高中数学必修第二册 第8章 8.3 简单几何体的表面积和体积 第1课时 柱、锥、台的表面积和体积
8.3简单几何体的表面积与体积第1课时柱、锥、台的表面积和体积考点学习目标核心素养柱、锥、台的表面积了解柱体、锥体、台体的侧面展开图,掌握柱体、柱、锥、台的体积直观想象、数学运算锥体、台体的表面积的求法能利用柱体、锥体、台体的体积公式求体积,理解柱体、锥体、台体的体积之间的关系直观想象、数学运算问题导学预习教材P114-P117的内容,思考以下问题:1.棱柱、棱锥、棱台的表面积如何计算?2.圆柱、圆锥、圆台的侧面展开图分别是什么?3.圆柱、圆锥、圆台的侧面积公式是什么?4.柱体、锥体、台体的体积公式分别是什么?5.圆柱、圆锥、圆台的侧面积公式、体积公式之间分别有怎样的关系?1.棱柱、棱锥、棱台的表面积多面体的表面积就是围成多面体各个面的面积的和.棱柱、棱锥、棱台的表面积就是围成它们的各个面的面积的和.2.棱柱、棱锥、棱台的体积(1)V棱柱=Sh;(2)V棱锥=13Sh;V棱台=13h(S′+SS′+S),其中S′,S分别是棱台的上、下底面面积,h为棱台的高.3.圆柱、圆锥、圆台的表面积和体积名称图形公式圆柱底面积:S底=πr2侧面积:S侧=2πrl表面积:S=2πrl+2πr2体积:V=πr2l圆锥底面积:S 底=πr 2 侧面积:S 侧=πrl表面积:S =πrl +πr 2 体积:V =13πr 2h圆台上底面面积:S 上底=πr ′2 下底面面积:S 下底=πr 2 侧面积:S 侧=πl (r +r ′)表面积:S =π(r ′2+r 2+r ′l +rl ) 体积:V =13πh (r ′2+r ′r +r 2)1.柱体、锥体、台体的体积(1)柱体:柱体的底面面积为S ,高为h ,则V =Sh . (2)锥体:锥体的底面面积为S ,高为h ,则V =13Sh .(3)台体:台体的上、下底面面积分别为S ′、S ,高为h ,则V =13()S ′+SS ′+S h .2.圆柱、圆锥、圆台的侧面积公式之间的关系 S 圆柱侧=2πrl ――→r ′=rS 圆台侧=π(r ′+r )l ――→r ′=0S 圆锥侧=πrl . 3.柱体、锥体、台体的体积公式之间的关系 V 柱体=Sh ――→S ′=S V 台体=13(S ′+S ′S +S )h ――→S ′=0V 锥体=13Sh .判断(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)几何体的表面积就是其侧面面积与底面面积的和.( ) (2)几何体的侧面积是指各个侧面的面积之和.( ) (3)等底面面积且等高的两个同类几何体的体积相同.( ) (4)在三棱锥P -ABC 中,V P ABC =V A PBC =V B P AC =V C P AB .( ) 答案:(1)√ (2)√ (3)√ (4)√ 棱长都是 1 的三棱锥的表面积为( )A.3 B .23 C .33 D .43解析:选A.S表=4S正△=4×34= 3.若长方体的长、宽、高分别为3 cm,4 cm,5 cm,则长方体的体积为() A.27 cm3B.60 cm3C.64 cm3D.125 cm3解析:选B.长方体即为四棱柱,其体积为底面积×高,即为3×4×5=60(cm3).圆台的上、下底面半径分别为3 和4,母线长为6,则其表面积等于() A.72 B.42πC.67πD.72π解析:选C.S表=π(32+42+3×6+4×6)=67π.柱、锥、台的表面积(1)若圆锥的正视图是正三角形,则它的侧面积是底面积的()A.2倍B.3 倍C.2 倍D.5 倍(2)已知正方体的8 个顶点中,有4 个为侧面是等边三角形的三棱锥的顶点,则这个三棱锥与正方体的表面积之比为()A.1∶ 2 B.1∶ 3C.2∶ 2 D.3∶ 6(3)已知某圆台的一个底面周长是另一个底面周长的3 倍,母线长为3 ,圆台的侧面积为84π,则该圆台较小底面的半径为()A.7B.6C.5 D.3【解析】(1)设圆锥的底面半径为r,母线长为l,则由题意可知,l=2r,于是S侧=πr·2r=2πr2,S底=πr2,可知选C.(2)棱锥B′ACD′为适合条件的棱锥,四个面为全等的等边三角形,设正方体的棱长为1,则B′C=2,S△B′AC=32.三棱锥的表面积S锥=4×32=23,又正方体的表面积S正=6.因此S锥∶S正=23∶6=1∶ 3.(3)设圆台较小底面的半径为 r ,则另一底面的半径为 3r .由 S 侧=3π(r +3r )=84π,解得 r =7.【答案】 (1)C (2)B (3)A空间几何体表面积的求法技巧(1)多面体的表面积是各个面的面积之和. (2)组合体的表面积应注意重合部分的处理.(3)圆柱、圆锥、圆台的侧面是曲面,计算侧面积时需要将这个曲面展开为平面图形计算,而表面积是侧面积与底面圆的面积之和.已知正四棱台(正四棱锥被平行于底面的平面所截,截面与底面间的部分)上底面边长为4,侧棱和下底面边长都是8,求它的侧面面积.解:法一:设正四棱台为ABCDA 1B 1C 1D 1,如图①.设B 1F 为斜高.在Rt △B 1FB 中,BF =12×(8-4)=2,B 1B =8,所以B 1F =82-22=215,所以S 正棱台侧=4×12×(4+8)×215=4815.①法二:设正四棱台为ABCDA 1B 1C 1D 1,延长正四棱台的侧棱交于点P ,作面PBC 上的斜高PE ,交B 1C 1于E 1,如图②.设PB 1=x ,则x x +8=48,解得x =8.所以PB 1=B 1B =8, 所以E 1为PE 的中点,又PE 1=PB 21-B 1E 21=82-22=215, ②所以PE =2PE 1=415.所以S 正棱台侧=S 大正棱锥侧-S 小正棱锥侧 =4×12×8×PE -4×12×4×PE 1=4×12×8×415-4×12×4×215=4815.柱、锥、台的体积如图所示,正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1的棱长为a ,过顶点B ,D ,A 1截下一个三棱锥.(1)求剩余部分的体积;(2)求三棱锥A -A 1BD 的体积及高. 【解】 (1)V 三棱锥A 1ABD =13S △ABD ·A 1A=13×12·AB ·AD ·A 1A =16a 3. 故剩余部分的体积V =V 正方体-V 三棱锥A 1ABD =a 3-16a 3=56a 3.(2)V 三棱锥A -A 1BD =V 三棱锥A 1ABD =16a 3.设三棱锥A -A 1BD 的高为h , 则V 三棱锥A -A 1BD =13·S △A 1BD ·h=13×12×32(2a )2h =36a 2h , 故36a 2h =16a 3,解得h =33a .求几何体体积的常用方法(1)公式法:直接代入公式求解.(2)等积法:例如四面体的任何一个面都可以作为底面,只需选用底面积和高都易求的形式即可.(3)补体法:将几何体补成易求解的几何体,如棱锥补成棱柱,棱台补成棱锥等. (4)分割法:将几何体分割成易求解的几部分,分别求体积.[提醒] 求几何体的体积时,要注意利用好几何体的轴截面(尤其为圆柱、圆锥时),准确求出几何体的高和底面积.1.圆锥的轴截面是等腰直角三角形,侧面积是 162π,则圆锥的体积是( ) A.64π3B.128π3C .64πD .1282π解析:选 A .作圆锥的轴截面,如图所示.由题设,在 △P AB 中,∠APB =90°,P A =PB .设圆锥的高为 h ,底面半径为 r , 则 h =r ,PB =2r . 由 S 侧=π·r ·PB =162π,得2πr 2=162π.所以 r =4.则 h =4. 故圆锥的体积 V 圆锥=13πr 2h =643π.2.圆柱的侧面展开图是长 12 cm ,宽 8 cm 的矩形,则这个圆柱的体积为( ) A.288πcm 3 B.192π cm 3 C.288π cm 3或192πcm 3 D .192π cm 3解析:选 C .当圆柱的高为 8 cm 时, V =π×⎝ ⎛⎭⎪⎫122π2×8=288π(cm 3),当圆柱的高为 12cm 时,V =π×⎝ ⎛⎭⎪⎫82π2×12=192π(cm 3).3.(2019·高考全国卷Ⅲ)学生到工厂劳动实践,利用3D 打印技术制作模型.如图,该模型为长方体ABCD -A 1B 1C 1D 1挖去四棱锥O -EFGH 后所得的几何体,其中O 为长方体的中心,E ,F ,G ,H 分别为所在棱的中点,AB =BC =6 cm ,AA 1=4 cm.3D 打印所用原料密度为0.9 g/cm 3.不考虑打印损耗,制作该模型所需原料的质量为________g.解析:由题易得长方体ABCD -A 1B 1C 1D 1的体积为6×6×4=144(cm 3),四边形EFGH 为平行四边形,如图所示,连接GE ,HF ,易知四边形EFGH 的面积为矩形BCC 1B 1面积的一半,即12×6×4=12(cm 2),所以V 四棱锥O -EFGH =13×3×12=12(cm 3),所以该模型的体积为144-12=132(cm 3),所以制作该模型所需原料的质量为132×0.9=118.8(g).答案:118.8组合体的表面积和体积如图在底面半径为 2,母线长为 4 的圆锥中内接一个高为3的圆柱,求圆柱的表面积.【解】 设圆锥的底面半径为 R ,圆柱的底面半径为 r ,表面积为 S . 则 R =OC =2,AC =4, AO =42-22=2 3.如图所示,易知△AEB ∽△AOC ,所以AE AO =EB OC ,即323=r 2,所以 r =1,S 底=2πr 2=2π,S 侧=2πr ·h =23π. 所以 S =S 底+S 侧=2π+23π =(2+23)π.1.[变问法]本例中的条件不变,求圆柱的体积与圆锥的体积之比.解:由例题解析可知:圆柱的底面半径为 r =1,高 h =3,所以圆柱的体积 V 1=πr 2h =π×12×3=3π.圆锥的体积 V 2=13π×22×23=833π.所以圆柱与圆锥的体积比为 3∶8.2.[变问法]本例中的条件不变,求图中圆台的表面积与体积.解:由例题解析可知:圆台的上底面半径 r =1,下底面半径 R =2,高 h =3,母线 l =2,所以圆台的表面积 S =π(r 2+R 2+r ·l +Rl )=π(12+22+1×2+2×2)=11π.圆台的体积 V =13π(r 2+rR +R 2)h =13π(12+2+22)×3=733π.3.[变条件、变问法]本例中的“高为3”改为“高为 h ”,试求圆柱侧面积的最大值. 解:设圆锥的底面半径为 R ,圆柱的底面半径为 r , 则 R =OC =2,AC =4, AO =42-22=2 3.如图所示易知△AEB ∽△AOC , 所以AE AO =EBOC ,即23-h 23=r 2, 所以 h =23-3r ,S圆柱侧=2πrh=2πr(23-3r)=-23πr2+43πr,所以当r=1,h=3时,圆柱的侧面积最大,其最大值为23π.求组合体的表面积与体积的步骤(1)分析结构特征:弄清组合体的组成形式,找准有关简单几何体的关键量.(2)设计计算方法:根据组成形式,设计计算方法,特别要注意“拼接面”面积的处理,利用“切割”“补形”的方法求体积.(3)计算求值:根据设计的计算方法求值.1.如图,在多面体ABCDEF中,已知面ABCD是边长为4 的正方形,EF∥AB,EF =2,EF上任意一点到平面ABCD的距离均为3,求该多面体的体积.解:如图,连接EB,EC.四棱锥E-ABCD的体积V四棱锥E-ABCD=13×42×3=16.因为AB=2EF,EF∥AB,所以S△EAB=2S△BEF.所以V三棱锥F-EBC=V三棱锥C-EFB=12V三棱锥C-ABE=12V三棱锥E-ABC =12×12V四棱锥E-ABCD=4.所以多面体的体积V=V四棱锥E-ABCD+V三棱锥F-EBC=16+4=20.2.如图,一个底面半径为2 的圆柱被一平面所截,截得的几何体的最短和最长母线长分别为2 和3,求该几何体的体积.解:用一个完全相同的几何体把题中几何体补成一个圆柱,如图,则圆柱的体积为π×22×5=20π,故所求几何体的体积为10π.1.已知某长方体同一顶点上的三条棱长分别为1,2,3,则该长方体的表面积为( ) A .22 B .20 C .10D .11解析:选A.所求长方体的表面积S =2×(1×2)+2×(1×3)+2×(2×3)=22. 2.正三棱锥的高为3,侧棱长为23,则这个正三棱锥的体积为( ) A.274 B.94 C.2734D.934解析:选D.由题意可得底面正三角形的边长为3,所以V =13×34×32×3=934.故选D.3.已知圆台的上、下底面的面积之比为9∶25,那么它的中截面截得的上、下两台体的侧面积之比是________.解析:圆台的上、下底面半径之比为3∶5,设上、下底面半径为3x ,5x ,则中截面半径为4x ,设上台体的母线长为l ,则下台体的母线长也为l ,上台体侧面积S 1=π(3x +4x )l =7πxl ,下台体侧面积S 2=π(4x +5x )l =9πxl ,所以S 1∶S 2=7∶9.答案:7∶9 4.如图,三棱台ABC A 1B 1C 1中,AB ∶A 1B 1=1∶2,求三棱锥A 1ABC ,三棱锥BA 1B 1C ,三棱锥CA 1B 1C 1的体积之比.解:设棱台的高为h ,S △ABC =S ,则S △A 1B 1C 1=4S . 所以VA 1ABC =13S △ABC ·h =13Sh ,VCA 1B 1C 1=13S △A 1B 1C 1·h =43Sh .又V 台=13h (S +4S +2S )=73Sh ,所以VBA 1B 1C =V 台-VA 1ABC -VCA 1B 1C 1=73Sh -Sh 3-4Sh 3=23Sh , 所以体积比为1∶2∶4.[A 基础达标]1.若某圆锥的高等于其底面直径,则它的底面积与侧面积之比为( ) A .1∶2 B .1∶ 3 C .1∶ 5D.3∶2解析:选C.设圆锥底面半径为r ,则高h =2r ,所以其母线长l =5r .所以S 侧=πrl =5πr 2,S 底=πr 2,S 底∶S 侧=1∶ 5.2.如图,ABC A ′B ′C ′是体积为1的棱柱,则四棱锥C -AA ′B ′B 的体积是( )A.13B.12 C.23D.34解析:选C.因为V C A ′B ′C ′ =13V ABC A ′B ′C ′=13, 所以V C AA ′B ′B =1-13=23.3.(2018·高考全国卷Ⅰ)已知圆柱的上、下底面的中心分别为O 1,O 2,过直线O 1O 2的平面截该圆柱所得的截面是面积为8的正方形,则该圆柱的表面积为( )A .122πB .12πC .82πD .10π 解析:选B.设所截正方形的边长为 a ,则 a 2=8,即 a =2 2.所以圆柱的母线长为 22,底面圆半径 r =2,所以圆柱的表面积为 22π×22+π(2)2×2=8π+4π=12π.4.如图,正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1的棱长为1,点P 是面A 1B 1C 1D 1内任意一点,则四棱锥P -ABCD 的体积为( )A.16 B.13 C.12D.23解析:选B.因为正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1的棱长为1,点P 是面A 1B 1C 1D 1内任意一点,所以点P 到平面ABCD 的距离d =AA 1=1, S 正方形ABCD =1×1=1, 所以四棱锥P -ABCD 的体积为:V P ABCD =13×AA 1×S 正方形ABCD =13×1×1=13.故选B.5.(2019·临川检测)一个封闭的正三棱柱容器,高为 3,内装水若干(如图甲,底面处于水平状态),将容器放倒(如图乙,一个侧面处于水平状态),这时水面与各棱交点 E ,F ,F 1,E 1 分别为所在棱的中点,则图甲中水面的高度为( )A.32B.74 C .2D.94解析:选 D .因为 E ,F ,F 1,E 1 分别为所在棱的中点,所以棱柱 EFCB -E 1F 1C 1B 1 的体积 V =S梯形EFCB ×3=34S △ABC ×3=94S △ABC .设甲中水面的高度为 h ,则 S △ABC ×h =94S △ABC ,解得h =94,故选 D.6.已知圆柱 OO ′的母线 l =4 cm ,表面积为 42π cm 2,则圆柱 OO ′的底面半径 r =______cm.解析:圆柱 OO ′的侧面积为 2πrl =8πr (cm 2),两底面面积为 2×πr 2=2πr 2(cm 2), 所以 2πr 2+8πr =42π, 解得 r =3 或 r =-7(舍去), 所以圆柱的底面半径为 3 cm. 答案:37.表面积为 3π的圆锥,它的侧面展开图是一个半圆面,则该圆锥的底面直径为________.解析:设圆锥的母线为 l ,圆锥底面半径为 r ,由题意可知,πrl +πr 2=3π,且 πl =2πr .解得 r =1,即直径为 2.答案:28.圆柱内有一个内接长方体 ABCD -A 1B 1C 1D 1,长方体的体对角线长是 10 2 cm ,圆柱的侧面展开图为矩形,此矩形的面积是 100π cm 2,则圆柱的底面半径为______cm ,高为______cm.解析:设圆柱底面半径为 r cm ,高为 h cm ,如图所示,则圆柱轴截面长方形的对角线长等于它的内接长方体的体对角线长,则:⎩⎪⎨⎪⎧(2r )2+h 2= (102)2,2πrh =100π,所以⎩⎪⎨⎪⎧r =5,h =10.即圆柱的底面半径为 5 cm ,高为 10 cm. 答案:5 109.如图,已知正三棱锥 S -ABC 的侧面积是底面积的 2 倍,正三棱锥的高 SO =3,求此正三棱锥的表面积.解:如图,设正三棱锥的底面边长为 a ,斜高为 h ′,过点 O 作 OE ⊥AB ,与 AB 交于点 E ,连接 SE ,则 SE ⊥AB ,SE =h ′.因为 S 侧=2S 底, 所以 3×12·a ·h ′=34a 2×2.所以 a =3h ′. 因为 SO ⊥OE , 所以 SO 2+OE 2=SE 2. 所以32+⎝⎛⎭⎫36×3h ′2=h ′2. 所以 h ′=23,所以 a =3h ′=6. 所以 S 底=34a 2=34×62=93, S 侧=2S 底=18 3.所以 S 表=S 侧+S 底=183+93=27 3.10.若 E ,F 是三棱柱 ABC -A 1B 1C 1 侧棱 BB 1和 CC 1 上的点,且 B 1E =CF ,三棱柱的体积为 m ,求四棱锥 A -BEFC 的体积.解:如图所示, 连接 AB 1,AC 1. 因为 B 1E =CF ,所以 梯形 BEFC 的面积等于梯形 B 1EFC 1 的面积. 又四棱锥 A -BEFC 的高与四棱锥 A -B 1EFC 1 的高相等, 所以 V A BEFC =VA B 1EFC 1 =12VA BB 1C 1C . 又 VA A 1B 1C 1=13S △A 1B 1C 1·h ,VABC A 1B 1C 1=S △A 1B 1C 1·h =m ,所以 VA A 1B 1C 1=m3,所以 VA BB 1C 1C =VABC A 1B 1C 1-VA A 1B 1C 1=23m .所以 V A BEFC =12×23m =m3,即四棱锥A-BEFC的体积是m3.[B能力提升]11.(2018·高考浙江卷)某几何体的三视图如图所示(单位:cm),则该几何体的体积(单位:cm3)是()A.2 B.4C.6 D.8解析:选C.由三视图可知,该几何体是一个底面为直角梯形的直四棱柱,所以该几何体的体积V=12×(1+2)×2×2=6.故选C.12.(2019·高考全国卷Ⅱ)中国有悠久的金石文化,印信是金石文化的代表之一.印信的形状多为长方体、正方体或圆柱体,但南北朝时期的官员独孤信的印信形状是“半正多面体”(图1).半正多面体是由两种或两种以上的正多边形围成的多面体.半正多面体体现了数学的对称美.图2是一个棱数为48的半正多面体,它的所有顶点都在同一个正方体的表面上,且此正方体的棱长为1,则该半正多面体共有________个面,其棱长为________.解析:依题意知,题中的半正多面体的上、下、左、右、前、后6个面都在正方体的表面上,且该半正多面体的表面由18个正方形,8个正三角形组成,因此题中的半正多面体共有26个面.注意到该半正多面体的俯视图的轮廓是一个正八边形,设题中的半正多面体的棱长为x,则22x+x+22x=1,解得x=2-1,故题中的半正多面体的棱长为2-1.答案:26 2-113.用一张正方形的纸把一个棱长为 1 的正方体礼品盒完全包住,不将纸撕开,则所需纸的最小面积是________.解析:如图①为棱长为 1 的正方体礼品盒,先把正方体的表面按图所示方式展开成平面图形,再把平面图形尽可能拼成面积较小的正方形,如图②所示,由图知正方形的边长为 22,其面积为 8.答案:814.如图所示,已知三棱柱ABC -A ′B ′C ′,侧面B ′BCC ′的面积是S ,点A ′到侧面B ′BCC ′的距离是a ,求证:三棱柱ABC -A ′B ′C ′的体积V =12Sa .证明:法一:如图所示,连接A ′B ,A ′C ,这样就把三棱柱分割成了两个棱锥.显然三棱锥A ′ABC 的体积是13V ,而四棱锥A ′BCC ′B ′的体积为13Sa ,故有13V +13Sa =V ,所以三棱柱ABC -A ′B ′C ′的体积V =12Sa .法二:如图所示,将三棱柱ABC -A ′B ′C ′补成一个四棱柱ACBD -A ′C ′B ′D ′,其中AC ∥BD ,AD ∥BC ,即ACBD 为一个平行四边形,显然三棱柱ABD A ′B ′D ′的体积与原三棱柱ABC -A ′B ′C ′的体积相等.因为四棱柱ACBD -A ′C ′B ′D ′以BCC ′B ′为底面,高为点A ′到面BCC ′B ′的距离,所以补形后的四棱柱的体积为Sa ,于是三棱柱ABC -A ′B ′C ′的体积V =12Sa .[C 拓展探究]15.某养路处建造圆锥形仓库用于贮藏食盐(供融化高速公路上的积雪用).已建的仓库的底面直径为12 m ,高为4 m .养路处拟建一个更大的圆锥形仓库,以存放更多食盐.现有两种方案:一是新建的仓库的底面直径比原来大4 m(高不变);二是高度增加4 m(底面直径不变).(1)分别计算按这两种方案所建的仓库的体积; (2)分别计算按这两种方案所建的仓库的表面积; (3)哪种方案更经济些?解:(1)设两种方案所建的仓库的体积分别为V 1,V 2.方案一:仓库的底面直径变成16 m ,则其体积V 1=13×π×⎝⎛⎭⎫1622×4=2563π(m 3);方案二:仓库的高变成8 m ,则其体积V 2=13×π×⎝⎛⎭⎫1222×8=96π(m 3).(2)设两种方案所建的仓库的表面积分别为S 1,S 2. 方案一:仓库的底面直径变成16 m ,半径为8 m , 此时圆锥的母线长为l 1=82+42=45(m),则仓库的表面积S 1=π×8×(8+45) =(64+325)π(m 2);方案二:仓库的高变成8 m ,此时圆锥的母线长为l 2=82+62=10(m),则仓库的表面积S 2=π×6×(6+10) =96π(m 2).(3)因为V 2>V 1,S 2<S 1, 所以方案二比方案一更加经济.。
柱、锥、台表面积体积公式
圆柱体体积公式
圆柱体体积公式
$V = pi r^{2}h$
解释
其中,$V$表示圆柱体的体积,$pi$是圆周率,$r$是底面圆的半径,$h$是圆柱的高。
棱柱体表面积公式
棱柱体表面积公式
根据棱柱的形状和尺寸有所不同,需 要具体问题具体分析。
解释
棱柱体的表面积由底面和顶面的面积 以及侧面的面积组成,具体计算方法 需要根据棱柱的具体形状和尺寸来确 定。
03
台体表面积体积公式
圆台体表面积公式
总结词
圆台体表面积公式是计算圆台侧面积和两个底面积的总和。
详细描述
圆台体表面积公式为 S = π * (r1 + r2) * l,其中 r1 和 r2 分别为圆台上下底面的半径, l 为圆台母线长度。
圆台体体积公式
总结词
圆台体体积公式是计算圆台所占三维空间的 大小。
物理学
在计算物体之间的相互作用力、热传导、电磁波的传播等物理现象 时,需要使用表面积和体积公式来描述物体的大小和形状。
化学工程
在化学工程领域,表面积和体积的计算对于反应器设计、传热传质计 算等方面具有重要意义。
表面积和体积公式的推导过程
要点一
柱体
柱体的表面积由底面和侧面组成,侧面 面积是高乘以底面周长,底面周长是 2πr(r为底面半径),所以侧面面积 是2πrh(h为高),底面面积是πr^2, 所以柱体表面积是2πrh+πr^2,体积 是底面积乘以高,即πr^2h。
棱台体体积公式
总结词
棱台体体积公式是计算棱台所占三维空间的 大小。
详细描述
棱台体体积公式为 V = (1/3) * (a1 + a2) * l * h,其中 a1 和 a2 分别为棱台上下底面的边
柱、锥、台的表面积与体积
柱、锥、台的表面积与体积【学习目标】1.通过对柱、锥、台体的研究,掌握柱、锥、台的表面积的求法。
2.通过对柱、锥、台体的研究,掌握柱、锥、台的体积的求法。
【学习重点】学习重点:柱体、锥体、台体的表面积和体积计算。
学习难点:台体体积公式的推导。
【自主学习】 正方体、长方体的表面积可以理解成各个面的面积之和,圆柱、圆锥的表面积可以理解成底面面积与侧面展开图的面积之和。
那么如何计算柱体、锥体、台体的表面积,进而去研究他们的体积问题呢?阅读课本23-27页回答下列问题:棱体、棱锥、棱台的表面积是如何求的呢?圆柱、圆锥、圆台的表面积公式是什么?你是如何得到的呢?柱体、锥体、台体的体积公式是什么?你是如何得到的呢?【典型例题】已知棱长为a ,各面均为等边三角形的正四面体S-ABC 的表面积.如图是一种机器零件,零件下面是六棱柱(底面是正六边形,侧面是全等的矩形)形,上面是圆柱(尺寸如图,单位:mm )形. 电镀这种零件需要用锌,已知每平方米用锌0.11kg ,问电镀10 000个零件需锌多少千克(结果精确到0.01kg )【基础题组】1.用长为4、宽为2的矩形做侧面围成一个高为2的圆柱,此圆柱的轴截面面积为( )A .8 B.8π C.4π D.2π2.一个圆柱的侧面展开图是一个正方形,则这个圆柱的表面积与侧面积的比为 ( )A.1+2π2πB.1+4π4πC.1+2ππD.1+4π2π3.若一个圆台的正视图如图所示,则其侧面积等于 ( )A .6B .6πC .35πD .65π4.三视图如图所示的几何体的全面积是 ( )A .7+ 2 B.112+ 2 C .7+ 3 D.325.如果一个空间几何体的正视图与侧视图均为全等的等边三角形, 俯视图为一个半径为1的圆及其圆心,那么这个几何体的体积为( )A .33πB .332πC .π3D .3π6.三棱锥ABC V -的中截面是111C B A ∆,则三棱锥111C B A V -与三棱锥BC A A 1-的体积之比是( )A .1:2B .1:4C .1:6D .1:87.如果圆锥的侧面展开图是半圆,那么这个圆锥的顶角(圆锥轴截面中两条母线的夹角)是________.8.一简单组合体的三视图及尺寸如下图所示(单位:cm ),则该组合体的表面积为________cm2.9.表面积为3π的圆锥,它的侧面展开图是一个半圆,则该圆锥的底面直径为________.10.长方体ABCD —A1B1C1D1中,宽、长、高分别为3、4、5,现有一个小虫从A 出发沿长方体表面爬行到C1来获取食物,求其路程的最小值.【拓展题组】1.已知由半圆的四分之三截成的扇形的面积为B ,由这个扇形围成一个圆锥,若圆锥的全面积为A ,则A ∶B 等于( )A .11∶8B .3∶8C .8∶3D .13∶82.一个几何体的三视图如图,该几何体的表面积为( )A .372B .360C .292D .2803.一个几何体的三视图如图所示,则该几何体的表面积为________.4.有一根长为3π cm ,底面半径为1 cm 的圆柱形铁管,用一段铁丝在铁管上缠绕2圈,并使铁丝的两个端点落在圆柱的同一母线的两端,求铁丝的最短长度.【探究题组】1.有一塔形几何体由3个正方体构成,构成方式如图所示,上层正方体下底面的四个顶点是下层正方体上底面各边的中点.已知最底层正方体的棱长为2,求该塔形的表面积(含最底层正方体的底面面积).2.右图是一个正方体,H 、G 、F 分别是棱AB 、AD 、1AA 的中点。
柱体、锥体、台体的表面积和体积 课件
[知识提炼Байду номын сангаас梳理]
1.棱柱、棱锥、棱台的表面积 棱柱、棱锥、棱台都是由多个平面图形围成的多面 体,因此它们的表面积等于各个面的面积之和,也就是 展开图的面积.
2.圆柱、圆锥、圆台的表面积
底面积:S 底=πr2 圆
侧面积:S 侧=2πrl 柱
表面积:S=2πrl+2πr2 底面积:S 底=πr2 圆 侧面积:S 侧=2πrl 锥 表面积:S=πrl+πr2
所以 r=4.则 h=4. 故圆锥的体积 V 圆锥=13πr2h=634π. 答案:A
[迁移探究 1] (变换条件,改变问法) 将典例 2 中 第(2)题的条件“侧面积是 16 2π”改为“若其体积为 3 π”,求该圆锥的侧面积.
解:设圆锥的底面半径为 r,则高 h=r,母线 l=PB
= 2r.
[变式训练] 圆台的上、下底面半径分别是 10 cm 和 20 cm,它的侧面展开图的扇环的圆心角是 180°,求圆 台的表面积.
解:如图所示,设圆台的上底面周长为 c cm,由于 扇环的圆心角是 180°,则 c=π·SA=2π×10,解得 SA= 20(cm).
同理可得 SB=40(cm), 所以 AB=SB-SA=20(cm). 所以 S 表=S 侧+S 上+S 下= π×(10+20)×20+π×102+π×202= 1 100π(cm2).
2+5 则 S 底= 2 ×4=14,高 h=4. 所以 V 四棱柱=S 底·h=56.
归纳升华 1.求解柱体体积的关键是根据条件找出相应的底面 积和高,对于旋转体要充分利用旋转体的轴截面,将待求 的量转化到轴截面内求. 2.求解锥体体积的关键是明确锥体的底面是什么图 形,特别是三棱锥,哪个三角形作为底面是解题的关键点.
柱、锥、台的表面积与体积教案
第一章空间立体几何初步1.3 空间几何体的表面积与体积1.3.1柱、锥、台的表面积与体积一、学习目标1.知识与技能(1)理解正棱柱、正棱锥、正棱台的侧面积及表面积的定义.(2)了解圆柱、圆锥、圆台的表面积与体积的计算公式.能够运用柱、锥、台的表面积与体积公式求简单几何体的表面积与体积.(重点)(3)了解球的表面积与体积公式.(4)会解决球的组合体及三视图中球的有关问题.(难点)2.过程与方法(1)让学生经历几何体的侧面展开过程,感知几何体的形状.(2)让学生通过对照比较,发现柱体、锥体、台体三者间体积的关系.(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.3.情感、态度与价值观使学生通过表面积与体积公式的探究过程,体会数学的转化和类比的思想,从而增强学习的积极性.二、重点、难点重点:棱柱、棱锥、棱台和球的表面积计算.难点:棱台的表面积公式的推导.重难点突破:先从学生熟悉的正方体和长方体的展开图为切入点,分析几何体的展开图与其表面积的关系,然后通过“探究”和“思考”引导学生归纳棱柱、棱锥和棱台的表面积公式,并让学生熟悉并掌握球的表面积公式.三、教学方法类比、练习、自学四、专家建议通过对柱、锥、台的表面积与体积的学习探究,明确柱体、锥体、台体三者间体积的关系,明确表面积与体积公式的探究过程,体会数学的转化和类比的思想。
五、教学过程●新知探究知识点1 棱柱、棱锥、棱台的表面积【问题导思】1.正方体与长方体的展开图如下图(1)(2)所示,则相应几何体的表面积与其展开图的面积有何关系?【提示】相等.2.棱柱、棱锥、棱台的表面积与其展开图的面积是否也都相等?【提示】是.棱柱、棱锥、棱台的表面积就是各个面的面积的和,也就是展开图的面积.知识点2 圆柱、圆锥、圆台的表面积【问题导思】圆柱、圆锥、圆台的侧面展开图分别如图中(1)、(2)、(3)所示.1.上述几何体侧面展开图的面积与该几何体的表面积相等吗?【提示】不相等.2.如何计算上述几何体的表面积?【提示】几何体的表面积等于侧面积与底面积之和.圆柱、圆锥、圆台的表面积圆柱(底面半径为r,母线长为l) 圆锥(底面半径为r,母线长为l)圆台(上、下底面半径为r′,r,母线长为l)底面积S底=πr2S底=πr2S底=π(r′2+r2) 侧面积S侧=2πrl S侧=πrl S侧=π(r′l+rl)表面积S表=2πr(r+l) S表=πr(r+l)S表=π(r′2+r2+r′l+rl)【问题导思】1.正方体、长方体、圆柱的体积公式如何表示?【提示】V=Sh,其中S为底面面积,h为高.2.上述体积公式对所有柱体都适用吗?【提示】都适用.1.祖暅原理(1)“幂势既同,则积不容异”,即“夹在两个平行平面间的两个几何体,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”.(2)作用:等底面积、等高的两个柱体或锥体的体积相等.(3)说明:祖暅原理充分体现了空间与平面问题的相互转化思想,是推导柱、锥、台体积公式的理论依据.2.柱、锥、台、球的体积其中S′、S分别表示上、下底面的面积,h表示高,r′和r分别表示上、下底面圆的半径,R表示球的半径.名称体积(V)柱体棱柱Sh圆柱πr2h锥体棱锥13Sh圆锥13πr2h台体棱台13h(S+SS′+S′)圆台13πh(r 2+rr′+r′2)●典例分析类型1 求棱柱、棱锥、棱台的表面积例1.已知正四棱锥底面边长为4,高与斜高夹角为30°.求它的侧面积和表面积.【分析】根据多面体的侧面积公式,可以先求出相应多面体的底面边长和各侧面的斜高,进而由公式求解.【解析】 如图所示,设正四棱锥的高为PO ,斜高为PE ,底面边心距为OE ,它们组成一个直角三角形POE.∵OE =42=2,∠OPE =30°,∴PE =OE sin 30°=212=4.∴S 正四棱锥侧=12ch ′=12×(4×4)×4=32,S 表面积=42+32=48.即该正四棱锥的侧面积是32,表面积是48.方法总结:1.要求锥体的侧面积及表面积,要利用已知条件寻求公式中所需的条件,一般用锥体的高、斜高、底面边心距等量组成的直角三角形求解相应的量.2.空间几何体的表面积运算,一般是转化为平面几何图形的运算,往往通过解三角形来完成. 变式训练:(2013·XX 高考)某几何体的三视图如图所示,则该几何体的表面积为()A .180B .200C .220D .240【解析】 由三视图知识知该几何体是底面为等腰梯形的直四棱柱.等腰梯形的上底长为2,下底长为8,高为4,腰长为5,直四棱柱的高为10,所以S 底=12×(8+2)×4×2=40,S 侧=10×8+10×2+2×10×5=200,S 表=40+200=240,故选D.【答案】 D类型2 求圆柱、圆锥、圆台的表面积图1-1-64例2.如图1-1-64所示,已知直角梯形ABCD ,BC ∥AD ,∠ABC =90°,AB =5 cm ,BC =16 cm ,AD =4 cm.求以AB 所在直线为轴旋转一周所得几何体的表面积.【分析】分析几何体的形状――→选择表面积公式求表面积【解析】以AB 所在直线为轴旋转一周所得几何体是圆台,其上底半径是4 cm ,下底半径是16 cm ,母线DC =52+(16-4)2=13 (cm).∴该几何体的表面积为π(4+16)×13+π×42+π×162=532π(cm 2).方法总结:1.圆柱、圆锥、圆台的相关几何量都集中体现在轴截面上,因此准确把握轴截面中的相关量是求解旋转体表面积的关键.2.棱锥及棱台的表面积计算常借助斜高、侧棱及其在底面的射影与高、底面边长等构成的直角三角形(或梯形)求解.变式训练:在题设条件不变的情况下,求以BC 所在直线为轴旋转一周所得几何体的表面积.【解】 以BC 所在直线为轴旋转一周所得几何体是圆柱和圆锥的组合体,如图所示: 其中圆锥的高为16-4=12(cm),圆柱的母线长为AD =4 cm ,故该几何体的表面积为: 2π×5×4+π×52+π×5×13=130π(cm 2).类型三求柱体的体积例3.(2014·XX 高考)某几何体的三视图(单位:cm)如图所示,则该几何体的体积是()A .72 cm 3B .90 cm 3C .108 cm 3D .138 cm 3【分析】三视图――→还原几何体――→是否分割计算体积 【解析】该几何体为一个组合体,左侧为三棱柱,右侧为长方体,如图所示.V =V 三棱柱+V 长方体=12×4×3×3+4×3×6=18+72=90(cm 3).【答案】 B方法总结:1.解答此类问题的关键是先由三视图还原作出直观图,然后根据三视图中的数据在直观图中求出计算体积所需要的数据.2.若由三视图还原的几何体的直观图由几部分组成,求几何体的体积时,依据需要先将几何体分割分别求解,最后求和.变式训练:一个几何体的三视图如图所示,该几何体的体积是()A .16+42B .12+4 2C .8D .4【解析】 由三视图可知,该几何体是一个平放的直三棱柱,棱柱的底面为等腰直角三角形,棱柱的高为2,所以该几何体的体积为12×2×2×2=4,选D.【答案】 D类型4 求锥体的体积例4.如图三棱台ABC -A 1B 1C 1中,AB ∶A 1B 1=1∶2,求三棱锥A 1-ABC ,三棱锥B -A 1B 1C ,三棱锥C -A 1B 1C 1的体积之比.【分析】AB ∶A 1B 1=1∶2―→S △ABC ∶S △A 1B 1C 1―→计算VA 1-ABC ―→计算VC -A 1B 1C 1―→计算VB -A 1B 1C【解析】 设棱台的高为h ,S △ABC =S ,则S △A 1B 1C 1=4S.∴VA 1-ABC =13S △ABC ·h =13Sh ,VC -A 1B 1C 1=13S △A 1B 1C 1·h =43Sh.又V 台=13h(S +4S +2S)=73Sh ,∴VB -A 1B 1C =V 台-VA 1-ABC -VC -A 1B 1C 1 =73Sh -Sh 3-4Sh 3=23Sh , ∴体积比为1∶2∶4.方法总结:三棱柱、三棱台可以分割成三个三棱锥,分割后可求锥体的体积和柱体或台体的体积关系,割补法在立体几何中是一种重要的方法.变式训练:在棱长为1的正方体上,分别用过共顶点的三条棱中点的平面截该正方体,则截去8个三棱锥后,剩下的凸多面体的体积是()A.23B.76C.45D.56【解析】 如图,去掉的一个棱锥的体积是13×⎝⎛⎭⎫12×12×12×12=148,剩余几何体的体积是1-8×148=56.【答案】 D类型5 求台体的体积例5.已知正四棱台两底面边长分别为20 cm 和10 cm ,侧面积是780 cm 2.求正四棱台的体积. 【分析】可以尝试借助四棱台内的直角梯形.求出棱台底面积和高,从而求出体积. 【解析】如图所示,正四棱台ABCD -A 1B 1C 1D 1中,A 1B 1=10 cm ,AB =20 cm.取A 1B 1的中点E 1,AB 的中点E ,则E 1E 是侧面ABB 1A 1的高.设O 1、O 分别是上、下底面的中心,则四边形EOO 1E 1是直角梯形.由S 侧=4×12(10+20)·E 1E =780,得EE 1=13,在直角梯形EOO 1E 1中,O 1E 1=12A 1B 1=5,OE =12AB =10,∴O 1O =E 1E 2-(OE -O 1E 1)2=12, V 正四棱台=13×12×(102+202+10×20) =2 800 (cm 3).故正四棱台的体积为2 800 cm 3.方法总结:求台体的体积关键是求出上、下底面的面积和台体的高.要注意充分运用棱台内的直角梯形或圆台的轴截面寻求相关量之间的关系.变式训练:本例若改为“正四棱台的上、下两底的底面边长分别为2 cm和4 cm,侧棱长为2 cm,求该棱台的体积.”【解】如图,正四棱台ABCD-A1B1C1D1中,上、下底面边长分别为2 cm和4 cm,则O1B1= 2 cm,OB=2 2 cm,过点B1作B1M⊥OB于点M,那么B1M为正四棱台的高,在Rt△BMB1中,BB1=2 cm,MB=(22-2)= 2 (cm).根据勾股定理MB1=BB21-MB2=22-(2)2=2(cm).S上=22=4 (cm2),S下=42=16(cm2),∴V正四棱台=13×2×(4+4×16+16)=13×2×28=283 2 (cm3).六、课堂总结一、柱、锥、台的表面积1.如果长方体的长、宽、高分别为a,b,c,那么它的表面积S表=2(ab+bc+ac);如果正方体的棱长为a,那么它的表面积为S表=6a2.2.求棱锥的表面积,可以先求侧面积,再求底面积.求侧面积,要清楚各侧面三角形的形状,并找出求其面积的条件.求底面积,要清楚底面多边形的形状及求其面积的条件.3.求棱台的侧面积时要注意利用公式及正棱台中的直角梯形,它是架起求侧面积关系式中的未知量与满足题目条件中几何图形元素间关系的桥梁.二、柱、锥、台的体积1.计算柱体、锥体和台体的体积时,关键是根据条件找出相应的底面面积和高,要充分运用多面体的有关截面及旋转体的轴截面,将空间问题转化为平面问题.旋转体的轴截面是用过旋转轴的平面去截旋转体而得到的截面.例如,圆柱的轴截面是矩形,圆锥的轴截面是三角形,圆台的轴截面是梯形.2.在求不规则的几何体的体积时,可利用分割几何体或补全几何体的方法转化为柱、锥、台的体积计算问题.七、板书设计柱、锥、台的表面积与体积学习目标(1)理解正棱柱、正棱锥、正棱台的侧面积及表面积的定义.(2)了解圆柱、圆锥、圆台的表面积与体积的计算公式.能够运用柱、锥、台的表面积与体积公式求简单几何体的表面积与体积.(重点)(3)了解球的表面积与体积公式.知识点解析1.棱柱、棱锥、棱台的表面积2.圆柱、圆锥、圆台的表面积3. 柱体、锥体、台体的体积注意事项:1.典例分析例1例2例3例4学生练习小结:作业当堂检测反馈八、当堂检测1.底面为正方形的直棱柱,它的底面对角线长为2,体对角线长为6,则这个棱柱的侧面积是() A .2 B .4 C .6 D .8【解析】 由已知得底面边长为1,侧棱长为6-2=2.∴S 侧=1×2×4=8. 【答案】 D2.长方体同一顶点上的三条棱长分别为1,2,3,则长方体的体积与表面积分别为() A .6,22B .3,22C .6,11D .3,11【解析】 V =1×2×3=6,S =2(1×2)+2(1×3)+2(2×3)=22. 【答案】 A3.圆台的上、下底面半径分别是3和4,母线长为6,则其表面积等于() A .72 B .42π C .67π D .72π【解析】 S 圆台表=S 圆台侧+S 上底+S 下底=π(3+4)·6+π·32+π·42=67π. 【答案】 C4.侧面是直角三角形的正三棱锥,底面边长为a ,该三棱锥的表面积为() A.3+34a 2 B.34a 2C.3+32a 2D.6+34a 2【解析】 底面边长为a ,则斜高为a2,故S 侧=3×12a ×12a =34a 2.而S 底=34a 2,故S 表=3+34a 2.【答案】 A5.如图所示,正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1的棱长为1,则三棱锥D 1-ACD 的体积是()A.16B.13C.12D .1 【解析】 三棱锥D 1-ADC 的体积V =13S △ADC ×D 1D =13×12×AD ×DC ×D 1D =13×12=16. 【答案】 A6.根据图中标出的尺寸,求各几何体的体积.【解】 (1)该几何体是圆锥,高h =10,底面半径r =3,所以底面积S =πr 2=9π,则V =13Sh =13×9π×10=30π.(2)该几何体是正四棱台,两底面中心连线就是高h =6,上底面面积S 上=64,下底面面积S 下=144,则V =13(S 上+S 下+S 上·S 下)h =13×(64+144+64×144)×6=608. 九、课后延伸1.如图所示,已知等腰梯形ABCD 的上底AD =2 cm ,下底BC =10 cm ,底角∠ABC =60°,现绕腰AB 旋转一周,求所得的旋转体的体积.【分析】分析旋转体的特征→分割→对每部分几何体求体积→求组合体的体积【解析】过D 作DE ⊥AB 于E ,过C 作CF ⊥AB 于F ,Rt △BCF 绕AB 旋转一周形成以CF 为底面半径,BC 为母线长的圆锥;直角梯形CFED 绕AB 旋转一周形成圆台;直角三角形ADE 绕AB 旋转一周形成圆锥,那么梯形ABCD 绕AB 旋转一周所得的几何体是以CF 为底面半径的圆锥和圆台,挖去以A 为顶点、以DE 为底面半径的圆锥的组合体.∵AD =2,BC =10,∠ABC =60°, ∴在Rt △BCF 中,BF =5,FC =5 3. ∵AD ∥BC ,∴∠DAE =∠ABC =60°, ∴在Rt △ADE 中,DE =3,AE =1. 又在等腰梯形ABCD 中可求AB =8, ∴AF =AB -BF =8-5=3,EF =AE +AF =4,∴旋转后所得几何体的体积为V =13π·BF ·FC 2+13π·EF ·(DE 2+FC 2+DE·FC)-13π·AE ·DE 2 =13π·5·(53)2+13π·4·[(3)2+(53)2+3·53]-13π·1·(3)2=248π(cm 3) 故所得的旋转体的体积为248π cm 3.方法总结:求组合体的体积时,常根据相应情况把它分解成柱、锥、台体等后分别求体积,然后求代数和. 变式训练:y =|x|和y =3围成的封闭平面图形绕y 轴旋转一周所得到的旋转体的体积与绕x 轴旋转一周所得到的旋转体的体积之比是()A .4∶1B .1∶4C .(1+2)∶(4+22)D .以上都不对【解析】 如图.封闭平面图形为△AOB ,绕y 轴旋转一周所得几何体的体积V 1=13π×32×3=9π,△AOB 绕x 轴旋转一周所得几何体的体积为V 2=π×32×6-2×13π×32×3=36π,∴V 1∶V 2=9π∶36π=1∶4.【答案】 B2.如果一个几何体的三视图如图所示(单位:cm),则此几何体的表面积是()A .(80+162)cm 2B .96 cm 2C .(96+162)cm 2D .112 cm 2【分析】通过三视图的知识及几何体表面积公式求解.【解析】 由题意知该几何体是一个正方体与一个正四棱锥的组合体.正方体五个面的面积和为80 cm 2;正四棱锥的侧面积为16 2 cm 2.【答案】 A方法总结:解决与三视图有关的几何体的问题,首先要想象或画出直观图,然后再去求解. 变式训练:某四棱锥的三视图如图所示,该四棱锥的表面积是()A .32B .16+16 2人教A 版数学教案必修2 第一章1.3 第一课时 第11页共11页C .48D .16+32 2 【解析】 由三视图还原几何体的直观图如图所示.S 表=⎝⎛⎭⎫12×4×22×4+4×4=16+16 2. 【答案】 B。
柱体锥体台体的公式大全
柱体锥体台体的公式大全
一、柱体:
柱体是一个由两个平行的、相等的圆形底面和连接两个底面的侧面组成的几何体。
柱体的体积和表面积的公式如下:
1.柱体的体积公式:
V=πr²h
2.柱体的表面积公式:
S=2πr²+2πrh
其中,S代表柱体的表面积,r代表柱体的底面半径,h代表柱体的高度。
二、锥体:
锥体是一个由一个圆形底面和连接底面和顶点的侧面组成的几何体。
锥体的体积和表面积的公式如下:
1.锥体的体积公式:
V=(1/3)πr²h
2.锥体的表面积公式:
S=πr(r+l)
其中,S代表锥体的表面积,r代表锥体的底面半径,l代表锥体的斜高(从顶点到底边的距离)。
三、台体:
台体是一个由两个平行、相等的圆形底面和连接两个底面的侧面以及一个横截面为矩形的侧面组成的几何体。
1.台体的体积公式:
V=(1/3)π(r₁²+r₂²+r₁r₂)h
2.台体的表面积公式:
S=π(r₁+r₂)l+πr₁²+πr₂²
其中,S代表台体的表面积,r₁和r₂分别代表台体的上底半径和下底半径,l代表侧面的斜高。
需要注意的是,以上公式的单位应保持一致,如使用米,则体积的单位为立方米,表面积的单位为平方米。
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在初中,我们已经学习了长方体和正方体图的表面积,以及 它们的展开你知道它们的展开图与其表面积的关系吗?
2、探究:棱柱、棱锥、棱台也是 由多个平面组成的几何体, 它们的 展开图是什么?如何计算它们的表 面积?
3、例1的教学 计算三棱锥的表面积,理解棱 柱、棱锥、棱台表面积的计 算公式
4、思考: 直棱柱、正棱锥、正棱台的侧面积计算如何计算呢?
O`
A`
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C
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B
A
C
B O
s 2 r2 2 rl 2 r(r l)
s r2 rl r(r l)
s (r2 r2 rl rl)
例2的教学 巩固圆台表面积的计算 公式,知识要学以致用
二.柱体、椎体与台体的体积
1.柱体的体积公式
V sh(s为底面面积,h为高)
2.椎体的体积公式
V 1 sh(s为底面面积,h为高) 3
3.台体的体积公式
V 1(s+ ss s)h(s, s分别为上下底面面积,h为高) 3
P29页思考?ห้องสมุดไป่ตู้
• 例3. • 作业:P32:2、3题