数学积分求体积方法概述
摘要：定积分在大学数学学习及应用中起着非常重要的作用，一直以来定积分问题就是大学数学学习的重点，也是本科及研究生入学考试重点考察的内容之一，在我们的生活中起着很重要的作用！空间立体体积的计算在日常生活和学习中是十分重要的,对于规则的立体,中学里已有一些求解公式,对于不规则的立体,则需要用高等数学积分法加以解决。本文总结了几种常见的利用积分求立体体积的方法及案例,通过所学积分学知识建立了更为普遍的立体体积的求解方法和计算公式,同时也介绍了相关的物理方法,并从具体的例题入手充分挖掘了空间立体体积计算的一些思想和方法。
关键词：积分; 空间立体体积; 积分区域; 被积函数
引言
空间立体体积的计算是生活中常见的问题,对于规则的空间立体体积的计算在中学时就有具体的计算公式,但对于不规则的空间立体体积则难以计算。本文就主要针对各种形状的空间立体研究计算其体积的简便方法。
其实很多文献对空间立体体积的计算问题都进行了讨论,文献[1]就基本上包括了此问题的所有积分计算方法,并给出了相应的计算公式。文献[2]-[9]分别从不同方面对各种方法进行了细致说明,并对个别特例进行了深入分析,给出了特殊的积分计算方法。文献[10]则主要是对部分方法做出了总结,并列出了大量相关例题辅助理解。以上文献充分体现出积分思想在解题中应用广泛,特别是在计算空间立体体积领域。如果我们能够在积分学的基础上掌握空间立体体积的计算方法,则能使一些复杂的问题简单化,还易让人接受。所以我们要分析掌握积分法,以便于解决与此相关的各种复杂问题,特别是各种空间立体体积的计算问题。
空间立体体积的计算是高等数学积分法在几何上的主要应用,其主要思想是将体积表示成定积分或重积分,研究空间立体,确定积分区域及被积函数,然后综合考虑立体特征、积分区域及被积函数特点,选择恰当的积分方法,使空间立体体积的计算简单明了。本文在上述文献的基础上,总结了中学常见的空间立体体积的计算方法。同时又探讨了它们和其它不规则立体的多种积分计算方法,最后还介绍了求解空间立体体积的物理方法,充分展示了空间立体体积计算方法的多样性及灵活性,特别是积分思想在此领域的运用,有力地拓展了求解立体体积的思路。
1 用定积分计算空间立体的体积
当空间立体是旋转体或垂直于坐标轴的截面面积已知时,可用定积分计算其体积,分下面几种情形。
1.1 已知平行截面面积的立体体积的计算
对于空间一个立体,如果用垂直与某一定轴的 任意平面去截立体,得到的截面面积都是已知的 （即可以用学过的知识 ,公式计算),由于这些截面都是互相平行的，则称为平行截面面积为已知的立体。
用类似求图形面积的思想我们也可以求一个立体图形的体积,常见的已知几何体的截面积求几何体的体积,另一种是求旋转体的体积,解此类题常用的方法是我们将此物体划分成许多基本的小块。设Ω为三维空间中的位于[],a b 上的立体,若Ω的平行截面面积函数为()A x ,()A x 在区间[],a b 连续，则对应于小区间]d ,[x x x +的体积元素为
x x A V d )(d =，则Ω的体积为
()dx x A V b
a
?=[]1
例1 把长方体看作已知平行截面面积的立体运用定积分法计算例1中长方体的体积。
解 如图一所示对长方体建立三维直角坐标系,则以平面()b x x x ≤=00截长方体截面即为以a 长,以c 为宽的长方体,则其面积ac s =。
故由公式(1)求得长方体体积为 dx ac V b
?=0
.abc =
图一
例2 把椭球体看作已知平行截面面积的立体运用定积分法计算例2中椭球的体积。
解 所给椭球,其椭球面方程为222
2221x y z a b c
++=,以平面()00x x x a =≤截椭球面,得椭
球在yoz 平面上的正投影：
2
2
2
2
220022111y z x x b c a a +
=????-- ? ?
??
?
?。
化椭球为参数方程
[]cos ,sin ,0,2.y t z t t π==∈
则由曲线所围图形的面积公式，求得此椭圆所围面积为
'
20sin cos A t t dt π??= ? ???
?
2021bc x a π??= ? ???
-。
故其截面面积函数为
()[]22,,.1bc x a a x A x a π??
=∈- ? ???
-
于是由公式()1求得椭球体积为
221a
a
x V bc dx a π-??=- ???
?
43
abc π=。
显然,当a b c R ===时,这就等于球的体积34
3
R π。
例3 把圆柱体看作已知平行截面面积的立体运用定积分法计算例3中圆柱体的体积。
解 如图二所示以圆柱体底面圆心为坐标原点,以底面两互相垂直方向分别为x 轴及
y 轴方向,以下底面圆心到上底面圆心方向为z 轴方向,建立三维直角坐标系。则以平面()h z z z ≤=00截圆柱体,得截面即为以0r 为半径的圆,故截面面积为.20r s π=
故由公式(1)求得圆柱体体积为 dz r V h
?=02π
.2
0h r ?=π
图二
例4 把圆锥体看作已知平行截面面积的立体运用定积分法计算例4中圆锥体的体积。
解 如图三所示,若以平面()h z z z ≤=00截取圆锥体,得截面即为以
x h
r 0
为半径的圆,故截面面积为.2
0??
?
??=x h r s π
故由公式(1)求得圆柱体体积为
dz x h
r
V h ???
? ??=0
2
π .3
12
0h r ?=π
图三 1.2旋转体体积的计算
设f 是[],a b 上的连续函数,Ω是由平面图形
()0,y f x a x b ≤≤≤≤
绕x 轴旋转一周所得的旋转体,那么易知截面面积函数为
()()[]2
,,.A x f x x a b π=∈????
故旋转体Ω的体积公式为
()2
b
a V f x d x π=???
?? []2[]3 ()2。
例5 把圆柱体看作旋转体运用定积分法计算圆柱体的体积。
解 如图四所示,此圆柱体可由平面图形0r y =[]h x ,0,∈绕x 轴旋转一周而得。 故由公式(2)知其体积为
dx r V h
?=02
0π
h r ?=2
0π。
图四
例6 把圆锥体看作旋转体运用定积分法计算例4中圆锥体的体积。 解 如图五所示,这圆锥体可由平面图形[]h x x h
r y ,0,00
∈≤≤绕x 轴旋转一周而得,所以由公式()2知其体积为
dx x h r V h
2
0?
??
????=π .3
1
20h r π=
又因同底同高的两个圆锥,在相同高度处的截面为相同的圆,即截面面积函数相同,所以
任一高为h ,底半径为0r 的圆锥（正或斜）,其体积恒为h r 23
1
π。
图五
2用二重积分计算空间立体的体积
由二重积分的几何意义知,当(),0f x y ≥时,二重积分(),D
f x y d σ??在几何上表示以
(),z f x y =为曲顶,D 为底的曲顶柱体的体积。其中二重积分计算时可根据积分区域D 的特点,把积分区域化为x 型区域或y 型区域,即把二重积分化为累次积分直接计算,或利用对称性简化积分区域,或根据被积函数特点对二重积分进行变换后计算[]4。
当曲顶柱体关于坐标轴对称时,可直接利用对称性,简化积分区域,进而使计算更简便。
例7 用二重积分法计算长方体的体积。
解 此长方体如图一所示,可看作以c z =为顶的立体,以长方形区域
(){
}a y b x y x D ≤≤≤≤=0,0, 为底的柱体。
故其体积为
??=D
cd V σ
??=a
b c d y dx 0
.abc = 例8 用二重积分计算例2中椭球体
222
222
1x y z a b c ++≤ 的体积。
解 由对称性,椭球体的体积V 是第一卦限部分体积的8倍,这一部分是以
z =为曲顶,以四分之一圆域
(
),0D x y y x a ????=≤≤≤≤??????
为底的曲顶柱体,所以
8.D
V =??
应用广义极坐标变换,
由于z =,故由公式()4知
21
8V d πθ=??
21
8abc d πθ=??
4.3
abc π
=
显然当a b c R ===时，则得球的体积为3
4.3
R π
例9 用二重积分计算例3中圆柱体的体积。 解 以如图二所示此圆柱体可看作以h z =为顶,
(){}
22022000,,x r y x r r x r y x D -≤≤--≤≤-=
为底的柱体。
故
??=D
hd V σ
?
?----=2
202
200
x r x r r r hdy dx
?--=0
2202r r dx x r h
.20h r ?=π 例10 用二重积分计算例4中圆锥体的体积。 解 以如图三所示此圆锥体可表示为220
y x r h z +=
。此圆锥体在xoy 平面上的投影
为.0,122==+z y x 这是xoy 平面上的圆,故积分区域为
(){}
22022000,,x r y x r r x r y x D -≤≤--≤≤-=。
被积函数为
().,220
y x r h y x f +=
故所求体积为
??
+=D
d y x r h V σ220
?
?---
-+=2202
200
220
x r x r r r dy y x r h dx
()
dx y x y x
y x y r h x r r 2
200
222
220
0ln 224-??????++++?=?
()?
??
????+-+-?=0
022022
2000ln 2
24r dx r x r x x r r r h
.3
1
20h r π=
若被积函数(),f x y 在积分区域D 上可积,变换()():,,,T x x u v y y u v ==满足变换条件,则
()()()()(),,,,,D
f x y d x d y f x u v y u v J u v d u d v ?
=????
[]
4 ()3其中?为经变换T 后的uv 平面上的积分区域,且()()
()
(),,0,,,x y J u v u v u v ?=
≠∈??。
例11 设()23
3,x
f x y y xy
=
+为定义在可求面积的有界闭区域D 上的非负连续函数,且D 为平面曲线221,3,,3xy xy y x y x ====所围成的有界闭区域。求以(),z f x y =曲面为顶,D 为底的空间立体的体积。
解 如图六阴影部分即为D 区域,则所求体积
23
3.D
x
V dxdy y xy =+??
令
2,,
u xy y v x =???=??
则
()
()2
2
2
,33,,2y
x
u v y v y y x y x x
x
?===?-
D 变为
()13,,13u u v v ≤≤????≤≤?
?
故由公式()3得
()1313
3113u v V dudv v u v
≤≤≤≤=
?+??? 3
321
1111dv du v u
=+?
? 2
l n 23
=。
图六
当立体体积的积分区域是圆域或圆域的一部分,或者被积函数的形式为()
22
f x y +时,采用极坐标变换cos ,
:0,02sin ,x T r y θθπθ=?≤<+∞≤≤?=?往往能达到简化计算方法的目的。
此时,变换T 的函数行列式为
()cos sin ,sin cos r J r r r θθ
θθθ
-=
=。
则
()(),c o s ,s i n D
f x y
d x d y f r r r d
r d θθθ?
=????[]
5 ()4 。 如例12中所示便是运用了此方法,此处便不再举例。 3 用三重积分计算空间立体体积
由三重积分(),,V
f x y z dV ???或(),,V
f x y z dxdydz ???的性质知，当(),,1f x y z ≡
时,公式
V
dV ??? (5)
在几何上表示V 的体积,V 表示积分区域。用三重积分计算空间立体体积,可将三重积分化为累次积分计算,对于一般区域上的三重积分,常把它分解成有限个简单区域上的和来计算。或者利用换元法对三重积分进行变换从而计算空间立体体积,常用的变换有柱面坐标变换和球面坐标变换[]1。
例14 用三重积分计算例1中的长方体的体积。
解 由体积计算公式(5)知所求体积为
???
=V
d x d y d z V ???=c
a b dz dy dx 0
.abc = 例15 用三重积分计算例2中的椭球体体积。
解 首先作广义球坐标变换??
???≤≤=≤≤=≤≤=.20,cos ,0,sin sin ,10,cos sin :πθ?π?θ?θ?cr z br y r ar x T 于是.sin 2
?abcr J =在上
述广义球坐标变换下,V 的原象为(){}.20,0,10,,'πθπ?θ?≤≤≤≤≤≤=r r V 故由公式(8)有
???V dxdydz
???='sin 2V d drd abcr θ?? ???=1
20
20
s i n dr abcr d d ??θππ
.3
4
a b c π= 例16 用三重积分求半径为R 的球体的体积。
解 作球坐标变换??
?
??≤≤=≤≤=<≤=.20,cos ,0,sin sin ,0,cos sin :πθ?π?θ?θ?r z r y R r r x T 则.sin 2?r J =故由公式(8)知球体的
体积为
???V dxdydz
???='s i n 2V d d r d r θ?? ???=R
dr r d d 0
20
20
sin ??θππ
.3
43
R π=
例17 用三重积分计算例3中圆柱体的体积。
解 如图二所示V 在xy 平面上的投影区域D 为,022r y x ≤+按柱坐标变换来算,区域
'V 可表示为(){}.20,0,0,,0'πθθ≤≤≤≤≤≤=r r h z z r V
故由公式(7)知
???V dxdydz
dz drd r V θ???=' ???=0
20
r h
r d r dz d π
θ
.2
0h r ?=π
例18 用三重积分计算例4中圆锥体的体积。 解 如图三所示V 可看作由曲面220
y x r h
z +=
与h z =为界面的区域,V 在xoy 面上
的投影区域D 为,2022r y x ≤+按柱坐标变换区域得'V ,其可表示为
().20,0,,,00'?
?????≤≤≤≤≤≤=πθθr r h z r r h
z r V
故由公式(8)知
???='
V dz rdrd V θ
???=h
r
r h r r d z dr d 00
20
π
θ
.3
1
20h r π=
当把立体的积分区域V 投影到xy 平面或zx 平面yz 平面上时。可将三重积分化为相应的累次积分从而简化其计算。
如例16所用便是。
与二重积分一样,某些类型的三重积分作适当的变换后能使计算方便。设变换
()()():,,,,,,,,,T x x u v w y y u v w z z u v w ===满足相应的条件,则
(),,V
f x y z dxdydz ???
(
)()()()()'
,,,,,,
,,,,V f
x u v w y u v w z u v w J u
v w d u d v d w =???[]8 (6) 其中
()()',,0,,,.x
x x u v w y
y y
J u
v w u v w V u v w z z z u
v
w
?????????=≠∈????????? 例19 用三重积分计算下面曲面所围成图形的体积:
()2222,2,1, 1.z x y z x y x y x y =+=++=±-=±
解 由体积公式(5)知
.V
V dxdydz =???
令
22
,,,z
u v x y w x y x y
=
=+=-+ 则
12,11,1 1.u v w ≤≤-≤≤-≤≤
()()222222
,,224
.,,2
u v w v w x y z x y v w ?=-=-=-+?++
故由公式(6)知
22
2
1
1
1
114
v w V du dv dw --+=?
?? 142433??
=+ ???
2.3
= 若积分函数中含有22x y +,或积分区域为柱体或柱体的一部分时,就可用柱面坐标变换,且柱面坐标变换为
cos ,0,:sin ,02,,.x r r T y r z z z θθθπ=≤<+∞??
=≤≤??=-∞<<+∞?
变换T 的函数行列式
()cos sin 0,,sin cos 0.0
1
r J r z r r θ
θθθ
θ-== 则三重积分的柱面坐标换元公式为
()(
)'
,
,c o s ,s i n ,
,V
V f x y z d x d y d z f r r z r d r d d z θθθ=?????? (7)
这里'V 为V 在柱面坐标变换下的原像[]1。
如例19和例20便是运用的此方法,此处便不再举例。
若立体为球体或球体的一部分时,可用球坐标变换,且
sin cos ,0,
:sin sin ,0,cos ,02.x r r T y r z r ?θ?θ?π?θπ=≤<+∞??
=≤≤??=<
r r J r r r r ?θ
?θ?θ?θ?θ
?θ?θ?
?
-=-
2sin .r ?=
则三重积分的球坐标变换公式为
(),,V
f x y z dxdydz ???
()'
2s i n c o s ,s i n s i n ,c o s s i n V f r r r r d r d d ?θ?θ???θ=??? (8)
其中V 为'V 在球坐标变换T 的原像[]8。
如例17和例18运用的便是此方法。
例20 求由半径为a 的球面与顶点在球心,顶角为2α的圆锥面所围成的区域（如图
四）的体积[]10。
解 如图建立坐标系,则球面方程为
2222
.x y z a ++= 锥面方程为
cot z = 取球坐标变换,由公式(8)知区域体积为
22
s i n a V d d r d
r π
α
θ??=?
?
?
30
2sin 3a d α
π??=??
()3
21cos .3
a πα=
-
图七
4.论文小结
本文从总结中学常见立体体积的计算方法开始,依次列举了计算空间立体体积的各种方法。首先介绍了求已知平行截面面积的立体体积和旋转体体积的定积分法,然后又依次分析总结了计算空间立体体积的二重积分法和三重积分法。其中对于具有某些特征的立体,介绍了特殊的极坐标变换法、柱坐标变换法和球坐标变换法。对于中学时已经学过的常见立体体积的计算,像长方体体积、椭球体体积体积、圆柱体体积、圆锥体体积，文中分别利用定积分法、二重积分和三重积分法重新进行了计算。对于特殊立体球体在讨论椭球体时附带着加以了讨论,另外又单独运用三重积分法进行了计算。虽然它们的计算简单,但在这里却显得独到新颖。对于其它多种不规则立体体积的计算也都给予相应的积分方法,并附有典型例题辅助理解。最后又介绍了一种求立体体积的物理方
法,此方法更是简易方便。这些内容充分展示出空间立体体积计算方法的灵活性和多样性,有力地拓展了此领域的解题思路。
参考文献
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【巩固练习】 一、选择题 1. 设平面内两个向量的坐标分别为（1，2，1），（-1，1，2），则下列向量中是平面的法向量的是( ) A. （-1，-2，5） B. （-1，1，-1） C. （1， 1，1） D. （1，-1，-1） 2. 如图，1111—ABCD A B C D 是正方体，11 11114 A B B E =D F =，则1BE 与1DF 所成角的余弦值是（ ） A ． 1715 B ． 2 1 C ．17 8 D ． 2 3 3. 如图，111—A B C ABC 是直三棱柱，90BCA ∠=?，点11D F 、分别是1111A B AC 、的中点，若 1BC CA CC ==，则1BD 与1AF 所成角的余弦值是（ ） A ． 1030 B ． 2 1 C ．15 30 D ． 10 15 4. 若向量(12)λ=a ，，与(212)=-b ，，的夹角的余弦值为8 9 ，则λ=( ) A ．2 B ．2- C ．2-或 255 D ．2或255 - 5. 在三棱锥P ABC －中，AB BC ⊥，1 2 AB=BC=PA ，点O D 、分别是AC PC 、的中点，OP ⊥ 底面ABC ，则直线OD 与平面PBC 所成角的正弦值（ ） A ． 621 B ． 33 8 C ．60 210 D ． 30210 6.（2015秋 湛江校级期末）在正四棱锥S —ABCD 中，O 为顶点在底面内的投影，P 为侧棱SD 的中点，且SO=OD ，则直线BC 与平面PAC 的夹角是（ ） A ．30° B ．45° C ．60° D ．75° 7. 在三棱锥P ABC －中，AB BC ⊥，1 ==2 AB BC PA ，点O D 、分别是AC PC 、的中点，OP ⊥ 底面ABC ，则直线OD 与平面PBC 所成角的正弦值是（ ）
向量法解立体几何 引言 立体几何的计算和证明常常涉及到二大问题：一是位置关系，它主要包括线线垂直，线面垂直，线线平行，线面平行；二是度量问题，它主要包括点到线、点到面的距离，线线、线面所成角，面面所成角等。教材上讲的比较多的主要是用向量证明线线、线面垂直及计算线线角，而如何用向量证明线面平行，计算点到平面的距离、线面角及面面角的例题不多，给老师对这部分内容的教学及学生解有关这部分内容的题目造成一定的困难，下面主要就这几方面问题谈一下自己的想法，起到一个抛砖引玉的作用。 一、基本工具 1.数量积： cos a b a b θ?= 2.射影公式：向量a 在b 上的射影为 a b b ? 3.直线0Ax By C ++=的法向量为 (),A B ，方向向量为 (),B A - 4.平面的法向量（略） 二、用向量法解空间位置关系 1.平行关系 线线平行?两线的方向向量平行 线面平行?线的方向向量与面的法向量垂直 面面平行?两面的法向量平行 2.垂直关系
线线垂直（共面与异面）?两线的方向向量垂直 线面垂直?线与面的法向量平行 面面垂直?两面的法向量垂直 三、用向量法解空间距离 1.点点距离 点()111,,P x y z 与()222,,Q x y z 的 距离为(PQ x =2.点线距离 求点()00,P x y 到直线:l 0Ax By C ++=的距离： 方法：在直线上取一点(),Q x y ， 则向量PQ 在法向量 (),n A B =上的射影PQ n n ?= 即为点P 到l 的距离. 3.点面距离 求点()00,P x y 到平面α的距离： 方法：在平面α上去一点(),Q x y ，得向量PQ ， 计算平面α的法向量n ， 计算PQ 在α上的射影，即为点P 到面α的距离. 四、用向量法解空间角 1.线线夹角（共面与异面） 线线夹角?两线的方向向量的夹角或夹角的补角 2.线面夹角 求线面夹角的步骤：
空间几何体的表面积与体积公式大全 一、 全（表）面积（含侧面积） 1、 柱体 ① 棱柱② 圆柱2、 锥体 ① 棱锥：h c S ‘ 底棱锥侧21= ② 圆锥： l c S 底圆锥侧2 1 = 3、 台体 ① 棱台： h c c S )(2 1‘下底 上底棱台侧+= ② 圆台：l c c S )(2 1 下底上底棱台侧+= 4、 球体 ① 球：r S 24π=球 ② 球冠：略 ③ 球缺：略 二、 体积 1、 柱体 ① 棱柱 ② 圆柱 2、 锥体 ① 棱锥 ② 圆锥
3、 ① 棱台 ② 圆台 4、 球体 ① 球：r V 33 4 π=球 ② 球冠：略 ③ 球缺：略 说明：棱锥、棱台计算侧面积时使用侧面的斜高h ' 计算；而圆锥、圆台的侧面积计算时使用母线l 计算。 三、 拓展提高 1、 祖暅原理：（祖暅：祖冲之的儿子） 夹在两个平行平面间的两个几何体，如果它们在任意高度上的平行截面面积都相等，那么这两个几何体的体积相等。 最早推导出球体体积的祖冲之父子便是运用这个原理实现的。 2、 阿基米德原理：（圆柱容球） 圆柱容球原理：在一个高和底面直径都是r 2的圆柱形容器内装一个最大的球体，则该球体的全面积等于圆柱的侧面积，体积等于圆柱体积的3 2 。
分析：圆柱体积：r r h S V r 3 222)(ππ=?==圆柱 圆柱侧面积：r h c S r r 2 42)2(ππ=?==圆柱侧 因此：球体体积：r r V 333 423 2ππ=?=球 球体表面积：r S 24π=球 通过上述分析，我们可以得到一个很重要的关系（如图） += 即底面直径和高相等的圆柱体积等于与它等底等高的圆锥与同直径的球体积之和 3、 台体体积公式 公式： )(31 S S S S h V 下下 上 上 台++= 证明：如图过台体的上下两底面中心连线的纵切面为梯形ABCD 。 延长两侧棱相交于一点P 。 设台体上底面积为S 上，下底面积为S 下高为h 。 易知：PDC ?∽PAB ?，设h PE 1=， 则h h PF +=1 由相似三角形的性质得：PF PE AB CD = 即： h h h S S += 1 1 下 上(相似比等于面积比的算术平方根)
立体图形体积的教案 立体图形体积的教案 作为一名教学工作者，常常需要准备教案，通过教案准备可以更好地根据具体情况对教学进程做适当的必要的调整。那么教案应该怎么写才合适呢？以下是小编收集整理的立体图形体积的教案，欢迎大家分享。 立体图形体积的教案篇1一、说教材 说课内容：苏教版小学数学六年级下册第105页立体图形复习的第二课时——立体图形体积的复习。 教材简析：本节课复习内容是在学生掌握了一些线和面的知识及对简单立体图形特征、表面积和体积意义基础上进行的。通过这部分内容的学习，使学生进一步积累常见几何体体积计算方法的经验，并有利于促进学生进一步提高简单推理的能力，为今后学习立体图形起了举足轻重的作用。 教学目标： 知识目标：使学生进一步熟悉立体图形体积的计算公式，理解体积公式的推理过程及相互联系。 能力目标：经历运用公式解决实际问题的过程，培养应用数学知识的意识，发展实践能力。
情感目标：在活动过程中，关注每一位学生的发展，使他们获得成功的体验，对学好数学充满自信心。 教学重难点：立体图形体积公式的推倒及相互联系。 教学准备：多媒体课件圆柱体教具正方形纸作业纸橡皮泥 二、说教法 因为这节课是几何知识的复习课，所以我采用以直观演示法、操作发现法为主，以设疑诱导法、一题多变法为辅来实现教学目标。 三、说学法 教学中充分发挥学生的主体作用，学生能想、能说、能做的教师决不包办，居于此，我设计如下的学法，课前预习法、独立思考法、动手操作法、合作交流法，让学生在自主、合作、操作活动中获取知识，培养探究精神和应用能力。 四、教学程序 （一）直接揭示课题 （二）知识再现阶段 1、回忆公式 ①让学生回忆长方体、正方体、圆柱、圆锥体积公式。 ②学生通过观察、分析、交流、发现长方体、正方体、圆柱体积还可以用底面积与高的乘积来计算，因为长方体长和宽的积是长方体的底面积，正方体的棱长与棱长的积是正方体的底面积，所以长方体、正方体和圆柱的体积都可以用底面积乘高来计算。 ③我适时补充：像长方体、正方体、圆柱上下一样大且直直的
空间几何体的表面积与体积公式大全 一、全（表）面积（含侧面积） 1、柱体 ①棱柱 ②圆柱 2、锥体 ①棱锥： ②圆锥： 3、台体 ①棱台： ②圆台： 4、球体 ①球： ②球冠：略 ③球缺：略 二、体积 1、柱体 ①棱柱 ②圆柱 2、锥体 ①棱锥 ②圆锥
3、台体 ①棱台 ②圆台 4、球体 ①球： ②球冠：略 ③球缺：略 说明：棱锥、棱台计算侧面积时使用侧面的斜高计算；而圆锥、圆台的侧面积计算时使用母线计算。 三、拓展提高 1、祖暅原理：（祖暅：祖冲之的儿子） 夹在两个平行平面间的两个几何体，如果它们在任意高度上的平行截面面积都相等，那么这两个几何体的体积相等。 最早推导出球体体积的祖冲之父子便是运用这个原理实现的。 2、阿基米德原理：（圆柱容球） 圆柱容球原理：在一个高和底面直径都是的圆柱形容器内装一个最大的球体，则该球体的全面积等于圆柱的侧面积，体积等于圆柱体积的。
分析：圆柱体积： 圆柱侧面积： 因此：球体体积： 球体表面积： 通过上述分析，我们可以得到一个很重要的关系（如图） += 即底面直径和高相等的圆柱体积等于与它等底等高的圆锥与同直径的球体积之和 3、台体体积公式 公式： 证明：如图过台体的上下两底面中心连线的纵切面为梯形。 延长两侧棱相交于一点。 设台体上底面积为，下底面积为 高为。 易知：∽，设， 则 由相似三角形的性质得：
即：(相似比等于面积比的算术平方根) 整理得： 又因为台体的体积=大锥体体积—小锥体体积 ∴ 代入：得： 即： ∴ 4、球体体积公式推导 分析：将半球平行分成相同高度的若干层（），越大，每一层越近似于圆柱，时，每一层都可以看作是一个圆柱。这些圆柱的高为，则：每个圆柱的体积= 半球的体积等于这些圆柱的体积之和。 ……
教学内容： 教科书第98页例4及做一做。 教学目标： 1．学生在整理、复习的过程中，进一步熟悉立体图形的表面积和体积的内涵，能灵活地计算它们的表面积和体积，加强知识之间的内在联系，将所学知识进一步条理化和系统化。 2．在学生对立体图形的认识和理解的基础上，进一步培养空间观念。 3．让学生在解决实际问题的过程中，感受数学与生活的联系，体会数学的价值，进一步培养学生的合作意识和创新精神 重点、难点： 1.灵活运用立体图形的表面积和体积的计算方法解决实际问题。 2.沟通立体图形体积计算方法之间的联系。 教学准备： 课件 教学过程 一、回忆旧知，揭示课题一 1、谈话揭示课题。 师：昨天我们对立体图形的认识进行了整理和复习，今天我们来走入立体图形的表面积和体积的整理与复习。（板书：立体图形表面积和体积的整理与复习） 2、看到课题，你准备从哪些方面去进行整理和复习。（板书：意义、计算方法） 二、回顾整理、建构网络 1、立体图形的表面积和体积的意义。 （1）提问：什么是立体图形的表面积？你能举例说明吗？ （2）提问：什么是立体图形的体积？你能举例说明吗？ （3）教师小结：立体图形的表面积就是指一个立体图形所有的面的面积总和，立体图形的体积就是指一个立体图形所占空间的大小。 2、小组合作，系统整理――立体图形的表面积和体积的计算方法。 （1）独立整理。 刚才我们已经对立体图形的表面积和体积的意义进行了整理。下面，请同学们用
自己喜欢的方式，将对立体图形的计算方法进行整理。 （2）整理好的同学请在小组中说一说你是怎样进行整理的？ 3、汇报展示，交流评价 哪一个同学自愿上讲台展示、汇报你的整理情况。其余的同学要注意认真地看，仔细地听，待会对他整理情况说说你的看法或者有什么好的建议。（注意计算公式与学生的评价） 4、归纳总结，升华提高 （1）公式推导。 刚才，我们已经对立体图形表面积和体积的计算公式进行了整理。那么，这些计算公式是怎样推导出来的？请同学们选择1-2种自己喜欢的图形，自己说一说。（2）反馈：谁自愿来说一说自己喜欢图形表面积或者体积公式的推导过程。 根据学生的回答，教师随机用课件演示每种立体图形的体积计算公式的推导过程。还有没有不同的？ （3）教师小结：从立体图形的表面积和体积计算公式的推导过程中，我们不难发现有一个共同的特点：就是把新问题转化成已学过的知识，从而解决新问题，这种转化的方法、转化的思想，是我们数学学习中一种很常见、很重要的方法。（4）整理知识间的内在联系 ①同学们。我们已经对立体图形的表面积和体积计算公式进行了整理，并且也知道了这些公式的推导过程。那么，这些立体图形的表面积计算公式之间有什么内在联系？体积计算公式之间又有什么内在联系？对照自己整理的公式，想一想，然后把你想的法说给同桌听听。 ②反馈学生交流情况，明确其内在联系： a、立体图形的表面积计算公式的内在联系：长方体和圆柱体的表面积都可以用侧面积加两个底面积； b、立体图形的体积计算公式的内在联系：长方体体积计算公式推导出了正方体和圆柱的体积计算公式，也就是说正方体、圆柱的体积计算公式都是在长方体体积计算公式的基础上推导出来的；长方体、正方体、圆柱的体积都可以用底面积乘高来计算；等底等高的圆柱体的体积是圆锥的3倍，等体积等高的圆柱体的底面积是圆锥的，等体积等底的圆柱体的高是圆锥的。
立体几何空间距离问题 空间中距离的求法是历年高考考查的重点，其中以点与点、点到线、点到面的距离为基础，求其他几种距离一般化归为这三种距离. ●难点磁场 (★★★★)如图，已知ABCD是矩形，AB=a,AD=b,P A⊥平面ABCD，P A=2c,Q 是P A的中点. 求：(1)Q到BD的距离； (2)P到平面BQD的距离. P为RT△ABC所在平面α外一点,∠ACB=90°(如图) (1)若PC=a，∠PCA=∠PCB=60°，求P到面α的距离及PC和α所成的角 （2）若PC=24，P到AC，BC的距离都是6√10，求P到α的距离及PC和α所成角（3）若PC=PB=PA，AC=18，P到α的距离为40，求P到BC的距离
●案例探究 ［例1］把正方形ABCD 沿对角线AC 折起成直二面角，点E 、F 分别是AD 、BC 的中点，点O 是原正方形的中心，求： (1)EF 的长； (2)折起后∠EOF 的大小. 命题意图：考查利用空间向量的坐标运算来解决立体几何问题，属★★★★级题目. 知识依托：空间向量的坐标运算及数量积公式. 错解分析：建立正确的空间直角坐标系.其中必须保证x 轴、y 轴、z 轴两两互相垂直. 技巧与方法：建系方式有多种，其中以O 点为 原点，以OB 、OC 、OD 的方向分别为x 轴、y 轴、z 轴的正方向最为简单. 解：如图，以O 点为原点建立空间直角坐标系O —xyz ,设正方形ABCD 边长为a ,则A (0，－22a ,0),B (22a ,0,0),C (0, 22a ,0),D (0,0, 22a ),E (0,－4 2 a , a ),F ( 42a , 4 2 a ,0) 21| |||,cos ,2||,2||8042)42)(42(420) 0,4 2 ,42(),42,42,0()2(23 ,43)420()4242()042(||)1(2 2222-=?>=<== - =?+-+?=?=-==∴=-+++-=OF OE OF OE OF OE a OF a OE a a a a a OF OE a a OF a a OE a EF a a a a a EF ∴∠EOF =120° ［例2］正方体ABCD —A 1B 1C 1D 1的棱长为1，求异面直线A 1C 1与AB 1间的距离. 命题意图：本题主要考查异面直线间距离的求法，属★★★★级题目. 知识依托：求异面直线的距离，可求两异面直线的公垂线，或转化为求线面距离，或面面距离，亦可由最值法求得.
数学积分求体积方法概述 摘要：定积分在大学数学学习及应用中起着非常重要的作用，一直以来定积分问题就是大学数学学习的重点，也是本科及研究生入学考试重点考察的内容之一，在我们的生活中起着很重要的作用！空间立体体积的计算在日常生活和学习中是十分重要的,对于规则的立体,中学里已有一些求解公式,对于不规则的立体,则需要用高等数学积分法加以解决。本文总结了几种常见的利用积分求立体体积的方法及案例,通过所学积分学知识建立了更为普遍的立体体积的求解方法和计算公式,同时也介绍了相关的物理方法,并从具体的例题入手充分挖掘了空间立体体积计算的一些思想和方法。 关键词：积分; 空间立体体积; 积分区域; 被积函数 引言 空间立体体积的计算是生活中常见的问题,对于规则的空间立体体积的计算在中学时就有具体的计算公式,但对于不规则的空间立体体积则难以计算。本文就主要针对各种形状的空间立体研究计算其体积的简便方法。 其实很多文献对空间立体体积的计算问题都进行了讨论,文献[1]就基本上包括了此问题的所有积分计算方法,并给出了相应的计算公式。文献[2]-[9]分别从不同方面对各种方法进行了细致说明,并对个别特例进行了深入分析,给出了特殊的积分计算方法。文献[10]则主要是对部分方法做出了总结,并列出了大量相关例题辅助理解。以上文献充分体现出积分思想在解题中应用广泛,特别是在计算空间立体体积领域。如果我们能够在积分学的基础上掌握空间立体体积的计算方法,则能使一些复杂的问题简单化,还易让人接受。所以我们要分析掌握积分法,以便于解决与此相关的各种复杂问题,特别是各种空间立体体积的计算问题。 空间立体体积的计算是高等数学积分法在几何上的主要应用,其主要思想是将体积表示成定积分或重积分,研究空间立体,确定积分区域及被积函数,然后综合考虑立体特征、积分区域及被积函数特点,选择恰当的积分方法,使空间立体体积的计算简单明了。本文在上述文献的基础上,总结了中学常见的空间立体体积的计算方法。同时又探讨了它们和其它不规则立体的多种积分计算方法,最后还介绍了求解空间立体体积的物理方法,充分展示了空间立体体积计算方法的多样性及灵活性,特别是积分思想在此领域的运用,有力地拓展了求解立体体积的思路。
高中数学立体几何 空间距离 1.两条异面直线间的距离 和两条异面直线分别垂直相交的直线，叫做这两条异面直线的公垂线；两条异面直线的公垂线在这两条异面直线间的线段的长度，叫做两条异面直线的距离. 2.点到平面的距离 从平面外一点引一个平面的垂线，这点和垂足之间的距离叫做这个点到这个平面的距离. 3.直线与平面的距离 如果一条直线和一个平面平行，那么直线上各点到这平面的距离相等，且这条直线上任意一点到平面的距离叫做这条直线和平面的距离. 4.两平行平面间的距离 和两个平行平面同时垂直的直线，叫做这两平行平面的公垂线，它夹在两个平行平面间的公垂线段的长叫做这两个平行平面的距离. 题型一：两条异面直线间的距离 【例1】 如图，在空间四边形ABCD 中，AB =BC =CD =DA =AC =BD =a ，E 、F 分别是AB 、CD 的中点. (1)求证：EF 是AB 和CD 的公垂线； (2)求AB 和CD 间的距离； 【规范解答】 (1)证明：连结AF ，BF ，由已知可得AF =BF . 又因为AE =BE ，所以FE ⊥AB 交AB 于E . 同理EF ⊥DC 交DC 于点F . 所以EF 是AB 和CD 的公垂线. (2)在Rt △BEF 中，BF = a 23 ,BE =a 21, 所以EF 2=BF 2-BE 2=a 2 12，即EF =a 22 . 由(1)知EF 是AB 、CD 的公垂线段，所以AB 和CD 间的距离为 a 2 2 . 【例2】 如图,正四面体ABCD 的棱长为1，求异面直线AB 、CD 之间的距离. 设AB 中点为E ，连CE 、ED . ∵AC =BC ,AE =EB .∴CD ⊥AB .同理DE ⊥AB . ∴AB ⊥平面CED .设CD 的中点为F ,连EF ，则AB ⊥EF . 同理可证CD ⊥EF .∴EF 是异面直线AB 、CD 的距离. ∵CE =23,∴CF =FD =21,∠EFC =90°,EF =2221232 2 =??? ??-??? ? ??. ∴AB 、CD 的距离是 2 2 . 【解后归纳】 求两条异面直线之间的距离的基本方法： （1）利用图形性质找出两条异面直线的公垂线，求出公垂线段的长度. （2）如果两条异面直线中的一条直线与过另一条直线的平面平行，可以转化为求直线与平面的距离. （3）如果两条异面直线分别在两个互相平行的平面内，可以转化为求两平行平面的距离. 题型二：两条异面直线间的距离 【例3】 如图(1),正四面体ABCD 的棱长为1，求：A 到平面BCD 的距离； 过A 作AO ⊥平面BCD 于O ，连BO 并延长与CD 相交于E ，连AE . ∵AB =AC =AD ,∴OB =OC =OD .∴O 是△BCD 的外心.又BD ＝BC ＝CD ， ∴O 是△BCD 的中心，∴BO =3 2BE =33 2332= ?. 又AB ＝1，且∠AOB =90°,∴AO =363312 22=??? ? ??- =-BO AB .∴A 到平面BCD 的距离是36. 例1题图 例2题图 例3题图
空间几何体的表面积和体积 一．课标要求： 了解球、棱柱、棱锥、台的表面积和体积的计算公式（不要求记忆公式）。 二．命题走向 近些年来在高考中不仅有直接求多面体、旋转体的面积和体积问题，也有已知面积或体积求某些元素的量或元素间的位置关系问题。即使考查空间线面的位置关系问题，也常以几何体为依托.因而要熟练掌握多面体与旋转体的概念、性质以及它们的求积公式.同时也要学会运用等价转化思想，会把组合体求积问题转化为基本几何体的求积问题，会等体积转化求解问题，会把立体问题转化为平面问题求解，会运用“割补法”等求解。 由于本讲公式多反映在考题上，预测2009年高考有以下特色： （1）用选择、填空题考查本章的基本性质和求积公式； （2）考题可能为：与多面体和旋转体的面积、体积有关的计算问题；与多面体和旋转体中某些元素有关的计算问题； 三．要点精讲 1．多面体的面积和体积公式 长。 2．旋转体的面积和体积公式 12
下底面半径，R 表示半径。 四．典例解析 题型1：柱体的体积和表面积 例1．一个长方体全面积是20cm 2 ，所有棱长的和是24cm ，求长方体的对角线长. 解：设长方体的长、宽、高、对角线长分别为xcm 、ycm 、zcm 、lcm 依题意得：? ??=++=++24)(420 )(2z y x zx yz xy )2()1( 由（2）2 得：x 2 +y 2 +z 2 +2xy+2yz+2xz=36（3） 由（3）－（1）得x 2+y 2+z 2 =16 即l 2 =16 所以l =4(cm)。 点评：涉及棱柱面积问题的题目多以直棱柱为主，而直棱柱中又以正方体、长方体的表面积多被考察。我们平常的学习中要多建立一些重要的几何要素（对角线、切）与面积、体积之间的关系。 例2．如图1所示，在平行六面体ABCD —A 1B 1C 1D 1中，已知AB=5，AD=4，AA 1=3，AB ⊥AD ，∠A 1AB=∠A 1AD= 3 π。 （1）求证：顶点A 1在底面ABCD 上的射影O 在∠BAD 的平分线上； （2）求这个平行六面体的体积。 图1 图2 解析：（1）如图2，连结A 1O ，则A 1O ⊥底面ABCD 。作OM ⊥AB 交AB 于M ，作ON ⊥AD 交AD 于N ，连结A 1M ，A 1N 。由三垂线定得得A 1M ⊥AB ，A 1N ⊥AD 。∵∠A 1AM=∠A 1AN ， ∴Rt △A 1NA ≌Rt △A 1MA,∴A 1M=A 1N ， 从而OM=ON 。 ∴点O 在∠BAD 的平分线上。 （2）∵AM=AA 1cos 3 π =3×21=23 ∴AO=4 cos πAM =223 。 又在Rt △AOA 1中，A 1O 2 =AA 12 – AO 2 =9－ 29=2 9，
空间向量在立体几何中的应用三——距离的计算 【学习目标】 1. 了解空间各种距离的概念，掌握求空间距离的一般方法； 2. 能熟练地将直线与平面之间的距离、两平行平面之间的距离转化为点到平面的距离. 【要点梳理】 要点一：两点之间的距离 1. 定义 连接两点的线段的长度叫作两点之间的距离. 如图，已知空间中有任意两点M N ，，那么这两点间的距离d MN =. 2. 向量求法 设()()111222M x y z N x y z ，，，，，，则 () ()()2 22 121212d MN x x y y z z == ++ . 要点二：点到直线的距离 1. 定义 从直线外一点向直线引垂线，点到垂足之间线段的长度就是该点到直线的距离. 如图，设l 是过点P 平行于向量s 的直线，A 是直线l 外一定点. 过点A 作做垂直于l 的直线，垂足为A '，则AA'即为点A 到直线l 的距离. 要点诠释：因为直线和直线外一点确定一个平面，所以空间点到直线的距离问题就是空间中某一个平面内的点到直线的距离距离． 2. 向量求法 2 2 d=PA PA s 要点诠释： （1）本公式利用勾股定理推得：点A 到直线l 的距离2 2 AA'=PA PA' ，其中PA'是PA 在s 上的射影，即为0PA s . （2）0cos PA PA =PA APA'=?∠s s s ，0s 为s 的单位向量，其计算公式为0=s s s . 3.计算步骤 ① 在直线l 上取一点P ，计算点P 与已知点A 对应的向量PA ； ② 确定直线l 的方向向量s ，并求其单位向量0= s s s ； ③ 计算PA 在向量s 上的投影0PA s ； ④ 计算点A 到直线l 的距离2 2 0d=PA PA s . 要点诠释：在直线上选取点时，应遵循“便于计算”的原则，可视情况灵活选择. 4. 算法框图
第2讲空间几何体的表面积与体积 考点 考查柱、锥、台、球的体积和表面积，由原来的简单公式套用渐渐变为与三视图及柱、锥与球的接切问题相结合，难度有所增大． 【复习指导】 本讲复习时，熟记棱柱、棱锥、圆柱、圆锥的表面积和体积公式，运用这些公式解决一些简单的问题． 基础梳理 1．柱、锥、台和球的侧面积和体积
球S球面＝4πR2V＝4 3 πR3 (1)棱柱、棱锥、棱台的表面积就是各面面积之和． (2)圆柱、圆锥、圆台的侧面展开图分别是矩形、扇形、扇环形；它们的表面积等于侧面积与底面面积之和． 两种方法 (1)解与球有关的组合体问题的方法，一种是内切，一种是外接．解题时要认真分析图形，明确切点和接点的位置，确定有关元素间的数量关系，并作出合适的截面图，如球内切于正方体，切点为正方体各个面的中心，正方体的棱长等于球的直径；球外接于正方体，正方体的顶点均在球面上，正方体的体对角线长等于球的直径．球与旋转体的组合，通常作它们的轴截面进行解题，球与多面体的组合，通过多面体的一条侧棱和球心或“切点”、“接点”作出截面图． (2)等积法：等积法包括等面积法和等体积法．等积法的前提是几何图形(或几何体)的面积(或体积)通过已知条件可以得到，利用等积法可以用来求解几何图形的高或几何体的高，特别是在求三角形的高和三棱锥的高．这一方法回避了具体通过作图得到三角形(或三棱锥)的高，而通过直接计算得到高的数值． 双基自测 1．(人教A版教材习题改编)圆柱的一个底面积为S，侧面展开图是一个正方形，那么这个圆柱的侧面积是( )． A．4πS B．2πS
C．πS D.23 3 πS 解析设圆柱底面圆的半径为r，高为h，则r＝S π， 又h＝2πr＝2πS，∴S圆柱侧＝(2πS)2＝4πS. 答案 A 2．(2012·东北三校联考)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．3πa2B．6πa2C．12πa2D．24πa2 解析由于长方体的长、宽、高分别为2a、a、a，则长方体的体对角线长为2a2＋a2＋a2＝6a.又长方体外接球的直径2R等于长方体的体对角线，∴2R＝6a.∴S球＝4πR2＝6πa2. 答案 B 3．(2011·北京)某四面体的三视图如图所示，该四面体四个面的面积中最大的是 ( )．A．8 B．6 2 C．10 D．8 2 解析由三视图可知，该几何体的四个面都是直角三角形，面积分别为6,62，8,10，所以面积最大的是10，故选择C. 答案 C 4．(2011·湖南)设
空间几何体的表面积与体积公式大全 一、 全（表）面积（含侧面积） 1、 柱体 ① 棱柱 ② 圆柱 2、 锥体 ① 棱锥：h c S ‘ 底棱锥侧21= ② 圆锥：l c S 底圆锥侧2 1 = 3 、 台体 ① 棱台：h c c S )( 21 ‘下底上底棱台侧+= ② 圆台：l c c S )(2 1 下底上底棱台侧+= 4、 球体 ① 球：r S 24π=球 ② 球冠：略 ③ 球缺：略 二、 体积 1 、 柱体 ① 棱柱 ② 圆柱 2 、 锥体 ① 棱锥
② 圆锥 3、 ① 棱台 ② 圆台 4、 ① 球：r V 33 4 π=球 ② 球冠：略 ③ 球缺：略 说明：棱锥、棱台计算侧面积时使用侧面的斜高h '计算；而圆锥、圆台的侧面积计算时使用母线l 计算。 三、 拓展提高 1、 祖暅原理：（祖暅：祖冲之的儿子） 夹在两个平行平面间的两个几何体，如果它们在任意高度上的平行截面面积都相等，那么这两个几何体的体积相等。 最早推导出球体体积的祖冲之父子便是运用这个原理实现的。 2、 阿基米德原理：（圆柱容球） 圆柱容球原理：在一个高和底面直径都是r 2的圆柱形容器内装一个最大的球体，则该球体的全面积等于圆柱的侧面积，体积等于圆柱体积的3 2 。
分析：圆柱体积：r r h S V r 3 222)(ππ=?==圆柱 圆柱侧面积：r h c S r r 2 42)2(ππ=?==圆柱侧 因此：球体体积：r r V 333 423 2ππ=?=球 球体表面积：r S 24π=球 通过上述分析，我们可以得到一个很重要的关系（如图） = 即底面直径和高相等的圆柱体积等于与它等底等高的圆锥与同直径的球体积之和 3、 台体体积公式 公式： )(3 1 S S S S h V 下下 上 上台++= 证明：如图过台体的上下两底面中心连线的纵切面为梯形ABCD 。 延长两侧棱相交于一点P 。 设台体上底面积为S 上，下底面积为S 下高为h 。 易知：PDC ?∽PAB ?，设h PE 1=， 则h h PF +=1
1 / 17 空间立体几何的证明与运算 1．如图，在直三棱柱111C B A ABC -中，3=AC ，5A B =，4=B C ，点 D 是AB 的中点。 （1）求证：11//CDB AC 平面； （2）求证：1BC AC ⊥； 2．如图，在四棱锥ABCD P -中，底面为直角梯形，BC AD //，ο 90=∠BAD ，⊥PA 底面ABCD ，且AB PA =，M 、N 分别为PC 、PB 的中点． （1）求证：//MN 平面PAD ； （2）求证：DM PB ⊥． 3．三棱柱111ABC A B C -，1A A ⊥底面ABC ，ABC ?为正三角形，且D 为AC 中点． N M D A C B P
（1）求证：平面1BC D ⊥平面11AA CC （2）若AA 1=AB=2，求点A 到面BC 1D 的距离． 4．斜三棱柱ABC C B A -111中，侧面C C AA 11⊥底面ABC ，侧面C C AA 11是菱形， 160A AC ∠=o ，3=AC ，2==BC AB ，E 、F 分别是11A C ，AB 的中点． C 1 B 1 A 1 F E C B A （1）求证：EF ∥平面11BB C C ； （2）求证：CE ⊥面ABC ． （3）求四棱锥11B BCC E -的体积． 5．如图，在正方体1111D C B A ABCD -中，E ，F 分别为棱AD ，AB 的中点． A B C A 1 B 1 C 1 D
3 / 17 （1）求证：平面1A EF ∥平面11D CB ； （2）求CB 1与平面11C CAA 所成角的正弦值． 6．（本小题满分14分）如图，ABC ?是边长为4的等边三角形，ABD ?是等腰直角三角形， AD BD ⊥，平面ABC ⊥平面ABD ，且EC ⊥平面ABC ，2EC =. （1）证明：//DE 平面ABC ； （2）证明：AD ⊥BE . 7．如图，四棱锥ABCD P -的底面ABCD 为菱形，⊥PD 平面ABCD ，2==AD PD ， ?=∠60BAD ，E 、F 分别为BC 、PA 的中点． （1）求证：⊥ED 平面PAD ； E P A C D B F
【巩固练习】 一、选择题 1. 设平面两个向量的坐标分别为（1，2，1），（-1，1，2），则下列向量中是平面的法向量的是( ) A. （-1，-2，5） B. （-1，1，-1） C. （1， 1，1） D. （1，-1，-1） 2. 如图，1111—ABCD A B C D 是正方体，11 11114 A B B E =D F =，则1BE 与1DF 所成角的余弦值是（ ） A ． 1715 B ． 2 1 C ．17 8 D ． 2 3 3. 如图，111—A B C ABC 是直三棱柱，90BCA ∠=?，点11D F 、分别是1111A B AC 、的中点，若 1BC CA CC ==，则1BD 与1AF 所成角的余弦值是（ ） A ． 1030 B ． 2 1 C ．15 30 D ． 10 15 4. 若向量(12)λ=a ，，与(212)=-b ，，的夹角的余弦值为8 9 ，则λ=( ) A ．2 B ．2- C ．2-或 255 D ．2或255 - 5. 在三棱锥P ABC －中，AB BC ⊥，1 2 AB=BC=PA ， 点O D 、分别是AC PC 、的中点，OP ⊥底面ABC ，则直线OD 与平面PBC 所成角的正弦值（ ） A ． 621 B ． 33 8 C ．60 210 D ． 30210 6.（2015秋 校级期末）在正四棱锥S —ABCD 中，O 为顶点在底面的投影，P 为侧棱SD 的中点，且SO=OD ，则直线BC 与平面PAC 的夹角是（ ） A ．30° B ．45° C ．60° D ．75° 7. 在三棱锥P ABC －中，AB BC ⊥，1 ==2 AB BC PA ，点O D 、分别是AC PC 、的中点，OP ⊥ 底面ABC ，则直线OD 与平面PBC 所成角的正弦值是（ ）
柱体、锥体、台体的表面积与体积 [知识链接] 1．棱柱的侧面形状是；棱锥的侧面是 ；棱台的侧 面形状是 ． 2．圆柱、圆锥、圆台的底面形状是． 3．三角形的面积S ＝ (其中a 为底，h 为高)，圆的面积S ＝ (其中r 为半径)，扇形的面积公式S ＝(l 为扇形的弧长，r 为扇形的 半径)． 4．长方体的体积V ＝(其中a ，b ，c 为长、宽、高)． 1．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．2．旋转体的表面积 名称图形公式圆柱底面积：S 底＝2πr 2 侧面积：S 侧＝2πrl 表面积：S ＝2πrl ＋2πr 2 圆锥底面积：S 底＝πr 2 侧面积：S 侧＝πrl 表面积：S ＝πrl ＋πr 2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 )
3．体积公式 (1)柱体：柱体的底面面积为S，高为h，则V＝Sh. Sh. (2)锥体：锥体的底面面积为S，高为h，则V＝1 3 (3)台体：台体的上、下底面面积分别为S′、S，高为h，则 V＝1 (S′＋S′S＋S)h. 3 要点一空间几何体的表面积 例1如图所示，已知直角梯形ABCD，BC∥AD，∠ABC＝90°，AB＝5cm，BC＝16cm，AD＝4cm.求以AB所在直线为轴旋转一周所得几何体的表面积． 规律方法 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． 跟踪演练1(2014·泸州高一检测)已知棱长为a，各面均为等边三角形的四面体S－ABC，求它的表面积．
立体图形的体积计算 立体图形的体积计算教学目标：1、复习长方体、正方体、圆柱、圆锥体积的计算公式，加深学生对立体图形的认识，使学生对所学的知识进一步系统化和概括化。2、通过实际操作，培养学生的动手操作能力。3、进一步培养学生的空间观念和渗透转化的数学思想。4、使学生在解决实际问题中，感受数学与生活的密切联系。教学重难点：1、分析、归纳各立体图形体积计算公式间的内在联系。2、运用所学的知识解决生活中的实际问题。教具准备：多媒体课件，实物投影学具准备1、每个学习小组准备长方体、正方体、圆柱、圆锥各一个2、每人准备一张长,宽cm的长方形纸教学过程：一、情景导入1、师：相信很多同学都知道《乌鸦喝水》的故事，乌鸦为什么能喝到瓶
子里的水呢？2、师：这说明小石子也有一定的体积，那什么叫做物体的体积呢？(指名答、板书）3、师：今天我们一起复习有关立体图形的体积计算二、知识系统整理1、师：我们在小学阶段学过了哪几种立体图形的体积？2、师：你能说出每种立体图形的体积计算公式吗？它们是怎样推导出来的？这些体积计算公式的推导之间有什么联系？请你用喜欢的方法归纳整理这些立体图形的体积计算公式，要求能清楚地表示这四种立体图形体积推导之间的关系。3、展示优秀的知识网络图，并请该小组代表说说想法。学生可能根据正方体是长、宽、高都相等的长方体，长方体的体积=长×宽×高，所以正方体的体积=棱长×棱长×棱长，长方体的体积计算公式推导出圆柱的体积计算公式，再圆柱的体积计算公式推导出圆锥的体积计算公式。教师板书示意图5、归纳长方体、正方体、圆柱统一的体积计算公式。师：计算长方体、正
方体、圆柱的体积能不能用哪个统一的计算公式来表示？小组讨论。师引导观察每个立体图形，说说ab、a2、πr2各是求出了哪个面的面积？ 6、教师小结：正方体、长方体和圆柱，它们的上、下底面是完全相同的。像这样从上到下一样大小的直直的形体，一般都叫做柱体。从上面统一的公式可以看出，这样形体的体积，都可以用底面积乘高计算。三、综合运用提升第一关：判断题圆锥体的体积是圆柱体积的三分之一。等底等高的长方体和圆柱体积一定相等。棱长是6分米的正方体的体积和表面积相等。第二关：联系生活，巩固应用1、填写表格。名称正方体纸板箱圆柱形水壶圆锥形零件长方体砖块已知条件体积棱长5分米底面积，高20 cm 底面积19 cm2，高12 cm 长24厘米，宽12厘米，厚6厘米2、有一个正方体木箱，棱长5分米，在水箱高4分米处有一个小洞。这只水箱能
立体图形体积和表面积的整理与复习 永登县大同镇保家湾小学马新来 教学目标： 1.通过整理、复习，使学生进一步理解立体图形的表面积和体积的内涵，能灵活地计算它们的表面积和体 积，加强知识之间的内在联系，使所学知识进一步条理化和系统化。 2. 通过对立体图形的表面积和体积进行整理，掌握整理知识的方法。 3.让学生在解决实际问题的过程中，感受数学与生活的联系，体会数学的价值，进一步培养学生的合作意 识和创新精神。 教学重点：通过对立体图形的表面积和体积进行整理，掌握整理知识的方法。 教学难点：沟通立体图形体积计算方法之间的联系。 教具、学具准备：课件、多媒体电教设备。 教学过程一、创设情境，导入新课 ?师：五月一日是什么节？喜欢这个节吗？五一假期老师也去了一位朋友家里做客，赶上他的公司正在建一个新的办公大院，你们想和老师一起去看看吗？（建设之中，有点乱，但也很漂亮）这里有很多立体图形，你能说说看吗？ （指名）你能根据这些立体图形，提出什么数学问题呢？（生发言） 师：刚才你们提出的有些问题就用到了立体图形的表面积和体积的有关知识。 2、关于立体图形的表面积和体积你还记得哪些知识？（生发言）一个立体图形所有的面的面积总和，叫做 它的表面积。一个立体图形所占空间的大小叫做它的体积。 ?师：刚才同学们都说到了立体图形的表面积和体积，但是有点乱，也不太全面。这节课我们就一起系统地来整理和复习一下这方面的知识。(板书出示：立体图形的表面积和体积。) [设计意图：简单的情境快速切入主题，唤起学生对立体图形表面积和体积的知识进行回忆，但即时的回忆零乱、不全面，有必要进行系统整理。] 二、整理复习，形成网络 (一)小组合作，系统整理 师：立体图形的表面积和体积的有关知识，同学们已有所了解，下面就请同学们以小组 1、师到下面巡视，找到表面积和体积分开整理的，让这个学生回答他是怎么整理的，并说说整理的结果。 2、还有跟他这样把表面积和体积分开整理的吗？指名说。 3、师：长方体、正方体的各个面都是直面，它
立体几何专题：空间角和距离的计算 一 线线角 1．直三棱柱A 1B 1C 1-ABC ，∠BCA=900，点D 1，F 1分别是A 1B 1和A 1C 1的中点，若BC=CA=CC 1，求BD 1与AF 1所成角的余弦值。 B 1 2．在四棱锥P-ABCD 中，底面ABCD 是直角梯形，∠BAD=900，AD ∥BC ，AB=BC=a ，AD=2a ，且PA ⊥面ABCD ，PD 与底面成300角，（1）若AE ⊥PD ，E 为垂足，求证：BE ⊥PD ；（2）若AE ⊥PD ，求异面直线AE 与CD 所成角的大小； D 二．线面角 1．正方体ABCD-A 1B 1C 1D 1中，E ，F 分别为BB 1、CD 的中点，且正方体的棱长为2，（1）求直线D 1F 和AB 和所成的角；（2）求D 1F 与平面AED 所成的角。 1 2．在三棱柱A 1B 1C 1-ABC 中，四边形AA 1B 1B 是菱形，四边形BCC 1B 1是矩形，C 1B 1⊥AB ， AB=4，C 1B 1=3，∠ABB 1=600，求AC 1与平面BCC 1B 1所成角 的大小。 B 1
三．二面角 1．已知A 1B 1C 1-ABC 是正三棱柱，D 是AC 中点，（1）证明AB 1∥平面DBC 1；（2）设AB 1⊥BC 1，求以BC 1为棱，DBC 1与CBC 1为面的二面角的大小。 B 1 2．ABCD 是直角梯形，∠ABC=900，SA ⊥面ABCD ，SA=AB=BC=1，AD=0.5，（1）求面SCD 与面SBA 所成的二面角的大小；（2）求SC 与面ABCD 所成的角。 B C 3．已知A 1B 1C 1-ABC 是三棱柱，底面是正三角形，∠A 1AC=600，∠A 1AB=450，求二面角B —AA 1—C 的大小。 1 四 空间距离计算 （点到点、异面直线间距离）1.在棱长为a 的正方体ABCD-A 1B 1C 1D 1中，P 是BC 的中点，DP 交AC 于M ，B 1P 交BC 1于N ，（1）求证：MN 上异面直线AC 和BC 1的公垂线；（2）求异面直线AC 和BC 1间的距离； C 1 A