新人教版--圆柱体积课件
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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.。