高中数学 空间几何体的表面积与体积
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空间几何体的表面积和体积在数学中,空间几何体的表面积和体积是重要的概念,它们用于描述和计算各种三维物体的特性。
本文将深入探讨空间几何体的表面积和体积,并介绍如何计算它们,以及它们在实际生活中的应用。
一、立方体的表面积和体积首先,让我们从最简单的三维几何体开始:立方体。
立方体是一个拥有六个相等的正方形面的空间几何体。
要计算立方体的表面积,我们可以使用以下公式:**表面积 = 6 * 边长^2**其中,边长代表正方形的一边的长度。
而立方体的体积计算则非常简单:**体积 = 边长^3**这两个公式可以帮助我们计算立方体的表面积和体积。
例如,如果一个立方体的边长是3单位,那么它的表面积为6 * 3^2 = 54平方单位,而体积为3^3 = 27立方单位。
二、球体的表面积和体积接下来,我们来考虑球体,球体是一个没有棱角的三维几何体。
要计算球体的表面积和体积,我们使用以下公式:**表面积= 4πr^2****体积= (4/3)πr^3**这里,r代表球体的半径,而π(圆周率)的值约为3.14159。
这两个公式可以用来计算球体的表面积和体积。
举例来说,如果一个球体的半径是2单位,那么它的表面积为4π(2^2) ≈ 50.27平方单位,而体积为(4/3)π(2^3) ≈ 33.51立方单位。
三、长方体的表面积和体积长方体是另一个常见的三维几何体,它拥有6个矩形面。
要计算长方体的表面积和体积,我们可以使用以下公式:**表面积 = 2lw + 2lh + 2wh****体积 = lwh**其中,l代表长方体的长度,w代表宽度,h代表高度。
这些公式允许我们计算长方体的表面积和体积。
举例来说,如果一个长方体的长度是4单位,宽度是3单位,高度是2单位,那么它的表面积为2(4*3) + 2(4*2) + 2(3*2) = 52平方单位,而体积为4*3*2 = 24立方单位。
四、圆柱体的表面积和体积圆柱体是一个具有两个平行圆形底面的三维几何体。
空间几何体的表面积与体积在几何学中,空间几何体是指由点、线、面在三维空间中组成的立体物体。
每个空间几何体都有其独特的特征,其中包括表面积和体积。
表面积是指几何体外部覆盖的总面积,而体积则是指几何体所包含的最大空间。
不同类型的空间几何体有不同的表面积和体积计算公式。
下面我们将介绍几种常见的空间几何体,以及它们的表面积和体积计算方法。
一、球体球体是由一条半径相等的曲线绕着它的直径旋转一周所形成的几何体。
球体的表面积和体积计算公式如下:球体的表面积= 4πr²球体的体积= (4/3)πr³其中,r表示球的半径,π是一个常数,约等于3.14。
二、长方体长方体是由六个矩形面围成的空间几何体,它的所有侧面都是矩形。
长方体的表面积和体积计算公式如下:长方体的表面积 = 2lw + 2lh + 2wh长方体的体积 = lwh其中,l、w、h分别表示长方体的长、宽和高。
三、圆柱体圆柱体是由一个圆形的底面和与底面平行的一个曲面所组成的几何体。
圆柱体的表面积和体积计算公式如下:圆柱体的表面积= 2πr² + 2πrh圆柱体的体积= πr²h其中,r表示圆柱体的底面半径,h表示圆柱体的高。
四、圆锥体圆锥体是由一个圆锥面和一个圆形底面所组成的几何体。
圆锥体的表面积和体积计算公式如下:圆锥体的表面积= πr² + πrl圆锥体的体积= (1/3)πr²h其中,r表示圆锥体的底面半径,l表示圆锥体的斜高,h表示圆锥体的高。
五、正方体正方体又称为立方体,是由六个相等的正方形面围成的空间几何体。
正方体的表面积和体积计算公式如下:正方体的表面积 = 6a²正方体的体积 = a³其中,a表示正方体的边长。
除了上述所介绍的常见几何体之外,还有一些其他几何体,如圆环、圆球截面、棱锥等,它们的表面积和体积计算方法也略有不同。
总结起来,空间几何体的表面积和体积可以通过特定的公式进行计算。
1.多面体的表(侧)面积因为多面体的各个面都是平面,所以多面体的侧面积就是所有侧面的面积之和,表面积是侧面积与底面面积之和.2.柱、锥、台和球的表面积和体积名称 几何体 表面积 体积 柱体(棱柱和圆柱) S 表面积=S 侧+2S 底 V =Sh 锥体(棱锥和圆锥) S 表面积=S 侧+S 底 V =13Sh台体(棱台和圆台)S 表面积=S 侧+S 上+S 下V =13(S 上+S 下+S 上S 下)h球S =4πR 2V =43πR 33.常用结论(1)与体积有关的几个结论①一个组合体的体积等于它的各部分体积的和或差. ②底面面积及高都相等的两个同类几何体的体积相等. (2)几个与球有关的切、接常用结论 a.正方体的棱长为a ,球的半径为R , ①若球为正方体的外接球,则2R =3a ; ②若球为正方体的内切球,则2R =a ; ③若球与正方体的各棱相切,则2R =2a .b.若长方体的同一顶点的三条棱长分别为a ,b ,c ,外接球的半径为R ,则2R =a 2+b 2+c 2.c.正四面体的外接球与内切球的半径之比为3∶1. 【思考辨析】判断下面结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”) (1)多面体的表面积等于各个面的面积之和.( √ ) (2)锥体的体积等于底面积与高之积.( × ) (3)球的体积之比等于半径比的平方.( × )(4)简单组合体的体积等于组成它的简单几何体体积的和或差.( √ ) (5)长方体既有外接球又有内切球.( × )(6)台体的体积可转化为两个锥体的体积之差来计算.( √ )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.π 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.(2014·重庆)某几何体的三视图如图所示,则该几何体的体积为( )A.12B.18C.24D.30答案 C解析 由俯视图可以判断该几何体的底面为直角三角形,由主视图和左视图可以判断该几何体是由直三棱柱(侧棱与底面垂直的棱柱)截取得到的.在长方体中分析还原,如图(1)所示,故该几何体的直观图如图(2)所示.在图(1)中,V 111ABC A B C -棱柱=S △ABC ·AA 1=12×4×3×5=30,V 111P A B C 锥-棱=13S111A B C ·PB 1=13×12×4×3×3=6.故几何体ABC -P A 1C 1的体积为30-6=24.故选C.3.(2015·陕西)一个几何体的三视图如图所示,则该几何体的表面积为( )A.3πB.4πC.2π+4D.3π+4答案 D解析 由三视图可知原几何体为半圆柱,底面半径为1,高为2,则表面积为: S =2×12π×12+12×2π×1×2+2×2=π+2π+4=3π+4.4.(教材改编)一个棱长为2 cm 的正方体的顶点都在球面上,则球的体积为________ cm 3. 答案 43π解析 由题意知正方体的体对角线为其外接球的直径, 所以其外接球的半径r =12×23=3(cm),所以V 球=43π×r 3=43π×33=43π(cm 3).5.(2015·天津)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 83π解析 由三视图可知,该几何体由相同底面的两圆锥和圆柱组成,底面半径为1 m ,圆锥的高为1 m ,圆柱的高为2 m ,所以该几何体的体积V =2×13π×12×1+π×12×2=83π (m 3).题型一 求空间几何体的表面积例1 (1)(2015·安徽)一个四面体的三视图如图所示,则该四面体的表面积是( )A.1+ 3B.1+2 2C.2+ 3D.2 2(2)(2015·课标全国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主视图和俯视图如图所示.若该几何体的表面积为16+20π,则r 等于( )A.1B.2C.4D.8(3)(2014·山东)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________. 答案 (1)C (2)B (3)12解析 (1)由几何体的三视图可知空间几何体的直观图如图所示. ∴其表面积S 表=2×12×2×1+2×34×(2)2=2+3,故选C.(2)由主视图与俯视图想象出其直观图,然后进行运算求解.如图,该几何体是一个半球与一个半圆柱的组合体,球的半径为r ,圆柱的底面半径为r ,高为2r ,则表面积S =12×4πr 2+πr 2+4r 2+πr ·2r =(5π+4)r 2.又S =16+20π,∴(5π+4)r 2=16+20π,∴r 2=4,r =2,故选B. (3)设正六棱锥的高为h ,侧面的斜高为h ′. 由题意,得13×6×12×2×3×h =23,∴h =1,∴斜高h ′=12+(3)2=2, ∴S 侧=6×12×2×2=12.思维升华 空间几何体表面积的求法(1)以三视图为载体的几何体的表面积问题,关键是分析三视图确定几何体中各元素之间的位置关系及数量.(2)多面体的表面积是各个面的面积之和;组合体的表面积注意衔接部分的处理. (3)旋转体的表面积问题注意其侧面展开图的应用.(2014·安徽)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.18答案 A解析 由几何体的三视图可知,该几何体的直观图如图所示. 因此该几何体的表面积为6×(4-12)+2×34×(2)2=21+ 3.故选A.题型二 求空间几何体的体积命题点1 求以三视图为背景的几何体的体积例2 (2015·课标全国Ⅱ)一个正方体被一个平面截去一部分后,剩余部分的三视图如图,则截去部分体积与剩余部分体积的比值为( )A.18 B.17 C.16 D.15答案 D解析 如图,由题意知,该几何体是正方体ABCD-A 1B 1C 1D 1被过三点A 、B 1、D 1的平面所截剩余部分,截去的部分为三棱锥A-A 1B 1D 1,设正方体的棱长为1,则截去部分体积与剩余部分体积的比值为V 111A A B D -V 111B C D ABCD -=V 111A AB D -V 1111A BCD ABCD --V 111A A B D -=13×12×12×113-13×12×12×1=15.选D.命题点2 求简单几何体的体积例3 (2015·山东)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.2π3 B.4π3 C.5π3 D.2π 答案 C解析 过点C 作CE 垂直AD 所在直线于点E ,梯形ABCD 绕AD 所在直线旋转一周而形成的旋转体是由以线段AB 的长为底面圆半径,线段BC 为母线的圆柱挖去以线段CE 的长为底面圆半径,ED 为高的圆锥,如图所示,该几何体的体积为V =V 圆柱-V 圆锥=π·AB 2·BC -13·π·CE 2·DE =π×12×2-13π×12×1=5π3,故选C.(1)一块石材表示的几何体的三视图如图所示,将该石材切削、打磨,加工成球,则能得到的最大球的体积等于( )A.4π3 B.32π3 C.36πD.256π3(2)如图,在多面体ABCDEF 中,已知ABCD 是边长为1的正方形,且△ADE ,△BCF 均为正三角形,EF ∥AB ,EF =2,则该多面体的体积为( ) A.23B.33C.43D.32答案 (1)B (2)A解析 (1)由三视图可知该几何体是一个直三棱柱,底面为直角三角形,高为12,如图所示,其中AC =6,BC =8,∠ACB =90°,则AB =10.由题意知,当打磨成的球的大圆恰好与三棱柱底面直角三角形的内切圆相同时,该球的半径最大.即r =6+8-102=2,故能得到的最大球的体积为43πr 3=4π3×8=32π3,故选B.(2)如图,分别过点A ,B 作EF 的垂线,垂足分别为G ,H ,连接DG ,CH ,容易求得EG =HF =12,AG =GD =BH =HC =32,∴S △AGD =S △BHC =12×22×1=24,∴V =V E -ADG +V F -BCH +V AGD -BHC =2V E -ADG +V AGD -BHC =13×24×12×2+24×1=23.故选A.思维升华 空间几何体体积问题的常见类型及解题策略(1)若所给定的几何体是可直接用公式求解的柱体、锥体或台体,则可直接利用公式进行求解. (2)若所给定的几何体的体积不能直接利用公式得出,则常用转换法、分割法、补形法等方法进行求解. (3)若以三视图的形式给出几何体,则应先根据三视图得到几何体的直观图,然后根据条件求解. 题型三 与球有关的切、接问题例4 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AB =3,AC =4,AB ⊥AC ,AA 1=12,则球O 的半径为( )A.3172B.210C.132 D.310答案 C解析 如图所示,由球心作平面ABC 的垂线, 则垂足为BC 的中点M . 又AM =12BC =52,OM =12AA 1=6,所以球O 的半径R =OA =(52)2+62=132. 引申探究1.本例若将直三棱柱改为“棱长为4的正方体”,则此正方体外接球和内切球的体积各是多少? 解 由题意可知,此正方体的体对角线长即为其外接球的直径,正方体的棱长即为其内切球的直径.设该正方体外接球的半径为R ,内切球的半径为r . 又正方体的棱长为4,故其体对角线长为43, 从而V 外接球=43πR 3=43π×(23)3=323π,V 内切球=43πr 3=43π×23=32π3.2.本例若将直三棱柱改为“正四面体”,则此正四面体的表面积S 1与其内切球的表面积S 2的比值为多少? 解 设正四面体棱长为a ,则正四面体表面积为S 1=4·34·a 2=3a 2,其内切球半径r 为正四面体高的14,即r =14·63a =612a ,因此内切球表面积为S 2=4πr 2=πa 26,则S 1S 2=3a 2πa 26=63π.3.本例中若将直三棱柱改为“侧棱和底面边长都是32的正四棱锥”,则其外接球的半径是多少? 解 依题意得,该正四棱锥的底面对角线的长为32×2=6,高为(32)2-(12×6)2=3,因此底面中心到各顶点的距离均等于3,所以该正四棱锥的外接球的球心即为底面正方形的中心,其外接球的半径为3.思维升华 空间几何体与球接、切问题的求解方法(1)求解球与棱柱、棱锥的接、切问题时,一般过球心及接、切点作截面,把空间问题转化为平面图形与圆的接、切问题,再利用平面几何知识寻找几何中元素间的关系求解.(2)若球面上四点P ,A ,B ,C 构成的三条线段P A ,PB ,PC 两两互相垂直,且P A =a ,PB =b ,PC =c ,一般把有关元素“补形”成为一个球内接长方体,利用4R 2=a 2+b 2+c 2求解.如图,直三棱柱ABC -A 1B 1C 1的六个顶点都在半径为1的半球面上,AB=AC ,侧面BCC 1B 1是半球底面圆的内接正方形,则侧面ABB 1A 1的面积为( ) A.22B.1C. 2D. 3答案 C解析 由题意知,球心在侧面BCC 1B 1的中心O 上,BC 为△ABC 所在圆面的直径,∴∠BAC =90°,△ABC 的外接圆圆心N 是BC 的中点,同理△A 1B 1C 1的外心M 是B 1C 1的中点.设正方形BCC 1B 1的边长为x ,Rt △OMC 1中,OM =x 2,MC 1=x2,OC 1=R =1(R为球的半径),∴(x 2)2+(x2)2=1,即x =2,则AB =AC =1, ∴S 11ABB A 矩形=2×1= 2.14.巧用补形法解决立体几何问题典例 如图:△ABC 中,AB =8,BC =10,AC =6,DB ⊥平面ABC ,且AE ∥FC ∥BD ,BD =3,FC =4,AE =5. 则此几何体的体积为________.思维点拨 将所求几何体补成一个直三棱柱,利用棱柱的体积公式即可求得该几何体的体积.解析 用“补形法”把原几何体补成一个直三棱柱,使AA ′=BB ′=CC ′=8,所以V 几何体=12V 三棱柱=12×S △ABC ·AA ′=12×24×8=96.答案 96温馨提醒 (1)补形法的应用思路:“补形法”是立体几何中一种常见的重要方法,在解题时,把几何体通过“补形”补成一个完整的几何体或置于一个更熟悉的几何体中,巧妙地破解空间几何体的体积等问题,常见的补形法有对称补形、联系补形与还原补形,对于还原补形,主要涉及台体中“还台为锥”. (2)补形法的应用条件:当某些空间几何体是某一个几何体的一部分,且求解的问题直接求解较难入手时,常用该法.[方法与技巧]求空间几何体的侧面积、体积的思想与方法(1)转化与化归思想:计算旋转体的侧面积时,一般采用转化的方法来进行,即将侧面展开化为平面图形,“化曲为直”来解决,因此要熟悉常见旋转体的侧面展开图的形状及平面图形面积的求法.(2)求体积的两种方法:①割补法:求一些不规则几何体的体积时,常用割补法转化成已知体积公式的几何体进行解决.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时,这一方法回避了通过具体作图得到三角形(或三棱锥)的高,而通过直接计算得到高的数值.[失误与防范]求空间几何体的表面积应注意的问题(1)求组合体的表面积时,要注意各几何体重叠部分的处理.(2)底面是梯形的四棱柱侧放时,容易和四棱台混淆,在识别时要紧扣定义,以防出错.A 组 专项基础训练 (时间:35分钟)1.(2015·浙江)某几何体的三视图如图所示(单位:cm),则该几何体的体积是( )A.8 cm 3B.12 cm 3C.323 cm 3D.403 cm 3答案 C解析 由三视图可知该几何体是由棱长为2 cm 的正方体与底面为边长为2 cm 正方形、高为2 cm 的四棱锥组成,V =V 正方体+V 四棱锥=8 cm 3+83 cm 3=323cm 3.故选C.2.用平面α截球O 所得截面圆的半径为3,球心O 到平面α的距离为4,则此球的表面积为( ) A.100π3B.500π3C.75πD.100π答案 D解析 依题意,设球半径为R ,满足R 2=32+42=25, ∴S 球=4πR 2=100π.3.(2015·课标全国Ⅰ)《九章算术》是我国古代内容极为丰富的数学名著,书中有如下问题:“今有委米依垣内角,下周八尺,高五尺.问:积及为米几何?”其意思为:“在屋内墙角处堆放米(如图,米堆为一个圆锥的四分之一),米堆底部的弧长为8尺,米堆的高为5尺,问米堆的体积和堆放的米各为多少?”已知1斛米的体积约为1.62立方尺,圆周率约为3,估算出堆放的米约有( ) A.14斛 B.22斛 C.36斛 D.66斛 答案 B解析 由题意知:米堆的底面半径为163(尺),体积V =13×14πR 2·h ≈3209(立方尺).所以堆放的米大约为3209×1.62≈22(斛).4.一个几何体的三视图如图所示,其中俯视图是菱形,则该几何体的侧面积为( )A.3+ 6B.3+ 5C.2+ 6D.2+ 5答案 C解析 由三视图还原为空间几何体,如图所示, 则有OA =OB =1,AB = 2. 又PB ⊥平面ABCD , ∴PB ⊥BD ,PB ⊥AB ,∴PD =22+1=5,P A =2+12=3,从而有P A 2+DA 2=PD 2,∴P A ⊥DA ,∴该几何体的侧面积S =2×12×2×1+2×12×2×3=2+ 6. 5.(2015·课标全国Ⅱ)已知A ,B 是球O 的球面上两点,∠AOB =90°,C 为该球面上的动点.若三棱锥O-ABC 体积的最大值为36,则球O 的表面积为( )A.36πB.64πC.144πD.256π答案 C解析 如图,要使三棱锥O-ABC 即C-OAB 的体积最大,当且仅当点C到平面OAB 的距离,即三棱锥C-OAB 底面OAB 上的高最大,其最大值为球O 的半径R ,则V O-ABC 最大=V C-OAB 最大=13×S △OAB ×R =13×12×R 2×R =16R 3=36,所以R =6,得S 球O =4πR 2=4π×62=144π.选C.6.(2014·山东)三棱锥P -ABC 中,D ,E 分别为PB ,PC 的中点,记三棱锥D -ABE 的体积为V 1,P -ABC的体积为V 2,则V 1V 2=________. 答案 14解析 设点A 到平面PBC 的距离为h .∵D ,E 分别为PB ,PC 的中点,∴S △BDE =14S △PBC , ∴V 1V 2=V A -DBE V A -PBC =13S △BDE ·h 13S △PBC ·h =14. 7.(2015·江苏)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________.答案 7 解析 设新的底面半径为r ,由题意得13πr 2·4+πr 2·8=13π×52×4+π×22×8,解得r =7. 8.一个圆锥过轴的截面为等边三角形,它的顶点和底面圆周在球O 的球面上,则该圆锥的体积与球O 的体积的比值为________.答案 932解析 设等边三角形的边长为2a ,球O 的半径为R ,则V 圆锥=13·πa 2·3a =33πa 3.又R 2=a 2+(3a -R )2,所以R =233a , 故V 球=4π3·(233a )3=323π27a 3, 则其体积比为932. 9.如图所示的三个几何体,一个是长方体,一个是直三棱柱,一个是过圆柱上、下底面圆心切下圆柱的四分之一部分,若这三个几何体的主视图和俯视图是相同的正方形,求它们的表面积之比.解 由题意可知这三个几何体的高都相等,设长方体的底面正方形的边长为a ,高也等于a ,故其表面积为S 1=6a 2.直三棱柱的底面是腰长为a 的等腰直角三角形,高为a ,故其表面积为S 2=12×a ×a +12×a ×a +(a +a +2a )×a =(3+2)a 2.14圆柱的底面是半径为a 的圆的14,高为a ,故其表面积为S 3=14πa 2+14πa 2+a 2+a 2+14×2πa ×a =(π+2)a 2.所以它们的表面积之比为S 1∶S 2∶S 3=6a 2∶(3+2)a 2∶(π+2)a 2=6∶(3+2)∶(π+2).10.(教材改编)已知一个上、下底面为正三角形且两底面中心连线垂直于底面的三棱台的两底面边长分别为20 cm 和30 cm ,且其侧面积等于两底面面积之和,求棱台的高.解 如图所示,三棱台ABC —A 1B 1C 1中,O 、O 1分别为两底面中心,D 、D 1分别为BC 和B 1C 1的中点,则DD 1为棱台的斜高.由题意知A 1B 1=20,AB =30,则OD =53,O 1D 1=1033, 由S 侧=S 上+S 下,得3×12×(20+30)×DD 1=34×(202+302), 解得DD 1=1333,在直角梯形O 1ODD 1中, O 1O =DD 21-(OD -O 1D 1)2=43, 所以棱台的高为4 3 cm.B 组 专项能力提升(时间:25分钟)11.已知球的直径SC =4,A ,B 是该球球面上的两点,AB =3,∠ASC =∠BSC =30°,则棱锥S —ABC 的体积为( )A.3 3B.2 3C. 3D.1答案 C解析 如图,过A 作AD 垂直SC 于D ,连接BD .由于SC 是球的直径,所以∠SAC =∠SBC =90°,又∠ASC =∠BSC =30°,又SC 为公共边, 所以△SAC ≌△SBC .由于AD ⊥SC ,所以BD ⊥SC .由此得SC ⊥平面ABD .所以V S —ABC =V S —ABD +V C —ABD =13S △ABD ·SC . 由于在Rt △SAC 中,∠ASC =30°,SC =4,所以AC =2,SA =23,由于AD =SA ·CASC = 3.同理在Rt △BSC 中也有BD =SB ·CBSC = 3.又AB =3,所以△ABD 为正三角形,所以V S —ABC =13S △ABD ·SC=13×12×(3)2·sin 60°×4=3,所以选C.12.某三棱锥的三视图如图所示,该三棱锥的表面积是( )A.28+6 5B.30+6 5C.56+12 5D.60+12 5答案 B解析 由几何体的三视图可知,该三棱锥的直观图如图所示,其中AE ⊥平面BCD ,CD ⊥BD ,且CD =4,BD =5,BE =2,ED =3,AE =4.∵AE =4,ED =3,∴AD =5.又CD ⊥BD ,CD ⊥AE ,则CD ⊥平面ABD ,故CD ⊥AD ,所以AC =41且S △ACD =10.在Rt △ABE 中,AE =4,BE =2,故AB =2 5.在Rt △BCD 中,BD =5,CD =4,故S △BCD =10,且BC =41.在△ABD 中,AE =4,BD =5,故S △ABD =10.在△ABC 中,AB =25,BC =AC =41,则AB 边上的高h =6,故S △ABC =12×25×6=6 5. 因此,该三棱锥的表面积为S =30+6 5.13.(2015·四川)在三棱柱ABC —A 1B 1C 1中,∠BAC =90°,其主视图和左视图都是边长为1的正方形,俯视图是直角边的长为1的等腰直角三角形,设点M ,N ,P 分别是AB ,BC ,B 1C 1的中点,则三棱锥P —A 1MN 的体积是________.答案 124解析 由题意知还原后的几何体是一个直放的三棱柱,三棱柱的底面是直角边长为1的等腰直角三角形,高为1的直三棱柱,∵V 1—P A MN =V 1—A PMN ,又∵AA 1∥平面PMN ,∴V 1—A PMN =V A —PMN ,∴V A —PMN =13×12×1×12×12=124, 故V 1—P A MN =124. 14.(2015·课标全国Ⅰ)如图,四边形ABCD 为菱形,G 为AC 与BD 的交点,BE ⊥平面ABCD .(1)证明:平面AEC ⊥平面BED ;(2)若∠ABC =120°,AE ⊥EC ,三棱锥E —ACD 的体积为63,求该三棱锥的侧面积. (1)证明 因为四边形ABCD 为菱形,所以AC ⊥BD .因为BE ⊥平面ABCD ,所以AC ⊥BE .故AC ⊥平面BED .又AC ⊂平面AEC ,所以平面AEC ⊥平面BED .(2)解 设AB =x ,在菱形ABCD 中,由∠ABC =120°,可得AG =GC =32x ,GB =GD =x 2. 因为AE ⊥EC ,所以在Rt △AEC 中,可得EG =32x . 由BE ⊥平面ABCD ,知△EBG 为直角三角形,可得BE =22x . 由已知得,三棱锥E —ACD 的体积V E —ACD =13×12AC ·GD ·BE =624x 3=63. 故x =2.从而可得AE =EC =ED = 6.所以△EAC 的面积为3,△EAD 的面积与△ECD 的面积均为 5.故三棱锥E —ACD 的侧面积为3+2 5.15.如图,△ABC 内接于圆O ,AB 是圆O 的直径,四边形DCBE 为平行四边形,DC ⊥平面ABC ,AB =2,EB = 3.(1)求证:DE ⊥平面ACD ;(2)设AC =x ,V (x )表示三棱锥B -ACE 的体积,求函数V (x )的解析式及最大值.(1)证明 ∵四边形DCBE 为平行四边形,∴CD ∥BE ,BC ∥DE .∵DC ⊥平面ABC ,BC ⊂平面ABC ,∴DC ⊥BC .∵AB 是圆O 的直径,∴BC ⊥AC ,且DC ∩AC =C ,∴BC ⊥平面ADC .∵DE ∥BC ,∴DE ⊥平面ADC .(2)解 ∵DC ⊥平面ABC ,∴BE ⊥平面ABC .在Rt △ABE 中,AB =2,EB = 3.在Rt △ABC 中,∵AC =x ,BC =4-x 2(0<x <2),∴S △ABC =12AC ·BC =12x ·4-x 2, ∴V (x )=V E -ABC =36x ·4-x 2(0<x <2). ∵x 2(4-x 2)≤(x 2+4-x 22)2=4,当且仅当x 2=4-x 2,即x =2时,取等号, ∴x =2时,体积有最大值33.。
空间几何体表面积和体积公式
空间几何体表面积和体积公式如下:
表面积公式:
S = 2 × (a + b + c)
其中,a、b、c分别表示几何体的长、宽、高。
体积公式:
V = a × b × c
其中,a、b、c分别表示几何体的长、宽、高。
还有一些常用的表面积和体积公式:
1. 如果一个几何体只有一个面是正方形或正多边形,那么它的
表面积和体积都可以用一个简单的公式计算:S = 4a,V = a × b。
2. 如果一个几何体的边长为c,那么它的表面积可以表示为:S = 2 × (c + d),其中d表示几何体的长宽比。
体积可以表示为:V = c ×d。
3. 如果一个几何体是正多边形,且每个内角都相等,那么它的表
面积和体积都可以用一个复杂的公式计算:S = (n-2) × 4a,V = (n-2) × a × b。
其中n表示正多边形的边数。
4. 如果一个几何体只有一个面是矩形或圆形,那么它的表面积
和体积都可以用一个简单的公式计算:S = a + b + c,V = π× r ×(a + b + c)。
其中π是圆周率,r表示几何体的半径。
这些公式只是一些基本的几何公式,实际上还有很多更复杂的公
式可以用于计算几何体的性质。
了解这些基本的公式有助于我们更方
便地计算几何体的面积和体积。
几何体的表面积与体积计算一、立体几何体表面积的计算方法立体几何体是空间中具有一定形状的物体,它们的表面积和体积是我们在几何学中经常计算的重要内容。
下面将介绍几种常见的几何体表面积的计算方法。
1. 立方体的表面积计算公式立方体是一种六个面都是正方形的立体几何体。
它的表面积计算公式为S=6a^2,其中a表示正方形的边长。
2. 正方体的表面积计算公式正方体是一种六个面都是正方形的立体几何体,与立方体的区别在于正方体各个边的长度相等。
它的表面积计算公式与立方体相同,也是S=6a^2。
3. 长方体的表面积计算公式长方体是一种六个面都是矩形的立体几何体,它的表面积计算公式为S=2(ab+ac+bc),其中a、b、c分别表示矩形的三条边长。
4. 圆柱体的表面积计算公式圆柱体是一种由一个矩形和两个圆所围成的几何体。
它的表面积计算公式为S=2πr^2+2πrh,其中r表示底面圆的半径,h表示圆柱体的高。
5. 圆锥体的表面积计算公式圆锥体是一种由一个圆和一个由圆所围成的锥面组成的几何体。
它的表面积计算公式为S=πr^2+πrl,其中r表示底面圆的半径,l表示从圆心到圆锥顶点的直线距离。
6. 球体的表面积计算公式球体是一种由无数个半径相等的小球所围成的几何体,它的表面积计算公式为S=4πr^2,其中r表示球体的半径。
二、立体几何体体积的计算方法除了表面积,立体几何体的体积也是我们经常需要计算的。
下面将介绍几种常见的几何体体积的计算方法。
1. 立方体的体积计算公式立方体的体积计算公式为V=a^3,其中a表示正方形的边长。
2. 正方体的体积计算公式正方体的体积计算公式与立方体相同,也是V=a^3。
3. 长方体的体积计算公式长方体的体积计算公式为V=abc,其中a、b、c分别表示矩形的三条边长。
4. 圆柱体的体积计算公式圆柱体的体积计算公式为V=πr^2h,其中r表示底面圆的半径,h表示圆柱体的高。
5. 圆锥体的体积计算公式圆锥体的体积计算公式为V=1/3πr^2h,其中r表示底面圆的半径,h表示圆锥体的高。
空间几何体的表面积及体积计算公式空间几何体是指在三维坐标系中存在的几何图形,包括立方体、圆锥体、圆柱体、球体等等。
对于这些几何体来说,求其表面积和体积是我们在学习空间几何时需要掌握的核心内容。
下面我们将详细介绍各种空间几何体的表面积及体积的计算公式。
一、立方体立方体是一种六个面都是正方形的几何体,其表面积和体积计算公式如下:表面积 = 6 × a²体积 = a³其中,a为立方体的边长。
二、正方体正方体是一种所有面都是正方形的几何体,其表面积和体积计算公式如下:表面积 = 6 × a²体积 = a³其中,a为正方体的边长。
三、圆锥体圆锥体是一种由一个圆锥顶点和一个底面为圆形的仿射锥面构成的几何体,其表面积和体积计算公式如下:表面积= πr²+πrl体积= 1/3πr²h其中,r为底面圆半径,l为母线长度,h为圆锥体的高。
四、圆柱体圆柱体是一种由平行于固定轴的两个相等且共面的圆面和它们之间的圆柱面所围成的几何体,其表面积和体积计算公式如下:表面积= 2πrh+2πr²体积= πr²h其中,r为底面圆半径,h为圆柱体的高。
五、球体球体是一种由所有到球心的距离等于固定半径的点所组成的几何体,其表面积和体积计算公式如下:表面积= 4πr²体积= 4/3πr³其中,r为球体的半径。
以上就是五种常见空间几何体的表面积及体积计算公式,希望能够对大家在学习空间几何时有所帮助。
同时,我们也需要关注其实际应用,在工程建设和生活中经常会涉及到这些几何体的计算,因此深化这些知识点的学习,将对我们未来的发展产生积极的影响。
空间⼏何体的表⾯积及体积公式⼤全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213、台体①棱台:h c c S )(21‘下底上底棱台侧+=②圆台:l c c S )(21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、①棱锥②圆锥3、①棱台②圆台 4、球体①球:rV 334π=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32。
分析:圆柱体积:r r h S V r 3222)(ππ=?==圆柱圆柱侧⾯积:r h cS r r 242)2(ππ=?==圆柱侧因此:球体体积:r r V 3334232ππ=?=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: )(31S SS 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:PFPEAB CD =即:hh hSS +=11下上(相似⽐等于⾯积⽐的算术平⽅根)整理得:SS h S h 上下上-=1⼜因为台体的体积=⼤锥体体积—⼩锥体体积∴h S S S h h S h h S V 下上下上下台)(31)(313131111+-=-+=代⼊:SS h S h 上下上-=1得:h S S S SS h S V 下上下上下上台31)(31+--=即:)(3131)(31S SS S h h S S S hS V 下下上上下上下上台++=++=∴)(3S S h V 下下上上台++=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(层n ),n 越⼤,每⼀层越近似于圆柱,+∞→n 时,每⼀层都可以看作是⼀个圆柱。
⾼中数学必修2《空间⼏何体的表⾯积与体积》教案 ⾼中数学必修2《空间⼏何体的表⾯积与体积》教案 1教学⺫标 1.知道柱体、锥体、台体侧⾯展开图,弄懂柱体、锥体、台体的表⾯积的求法. 2.能运⽤公式求解柱体、锥体和台体的表⾯积,并知道柱体、锥体和台体表⾯积之间的关系. 2学情分析 通过学习空间⼏何体的结构特征,空间⼏何体的三视图和直观图,了解了空间⼏何体和平⾯图形之间的关系,从中反映出⼀个思想⽅法,即平⾯图形和空间⼏何体的互化,尤其是空间⼏何问题向平⾯问题的转化。
该部分内容中有些是学⽣已经熟悉的,在解决这些问题的过程中,⾸先要对学⽣已有的知识进⾏再认识,提炼出解决问题的⼀般思想——化归的思想,总结出⼀般的求解⽅法,在此基础上通过类⽐获得解决新问题的思路,通过化归解决问题,深化对化归、类⽐等思想⽅法的应⽤。
3重点难点 重点:知道柱体、锥体、台体侧⾯展开图,弄懂柱体、锥体、台体的表⾯积公式。
难点:会求柱体、锥体和台体的表⾯积,并知道柱体、锥体和台体表⾯积之间的关系. 4教学过程 4.1 第⼀学时教学活动活动1【导⼊】第1课时 柱体、锥体、台体的表⾯积 (⼀)、基础⾃测: 1.棱⻓为a的正⽅体表⾯积为__________. 2.⻓、宽、⾼分别为a、b、c的⻓⽅体,其表⾯积为___________________. 3.⻓⽅体、正⽅体的侧⾯展开图为__________. 4.圆柱的侧⾯展开图为__________. 5.圆锥的侧⾯展开图为__________. (⼆).尝试学习 1.柱体的表⾯积 (1)侧⾯展开图:棱柱的侧⾯展开图是____________,⼀边是棱柱的侧棱,另⼀边等于棱柱的__________,如图①所⽰;圆柱的侧⾯展开图是_______,其中⼀边是圆柱的⺟线,另⼀边等于圆柱的底⾯周⻓,如图②所⽰. (2)⾯积:柱体的表⾯积S表=S侧+2S底.特别地,圆柱的底⾯半径为r,⺟线⻓为l,则圆柱的侧⾯积S侧=__________,表⾯积S表=__________. 2.锥体的表⾯积 (1)侧⾯展开图:棱锥的侧⾯展开图是由若干个__________拼成的,则侧⾯积为各个三⾓形⾯积的_____,如图①所⽰;圆锥的侧⾯展开图是_______,扇形的半径是圆锥的______,扇形的弧⻓等于圆锥的__________,如图②所⽰. (2)⾯积:锥体的表⾯积S表=S侧+S底.特别地,圆锥的底⾯半径为r,⺟线⻓为l,则圆锥的侧⾯积S侧=__________,表⾯积S表=__________. 3.台体的表⾯积 (1)侧⾯展开图:棱台的侧⾯展开图是由若干个__________拼接⽽成的,则侧⾯积为各个梯形⾯积的______,如图①所⽰;圆台的侧⾯展开图是扇环,其侧⾯积可由⼤扇形的⾯积减去⼩扇形的⾯积⽽得到,如图②所⽰. (2)⾯积:台体的表⾯积S表=S侧+S上底+S下底.特别地,圆台的上、下底⾯半径分别为r′,r,⺟线⻓为l,则侧⾯积S侧=____________,表⾯积S表=________________________. (三).互动课堂 例1:在三棱柱ABC-A1B1C1中,∠BAC=90°,AB=AC=a,∠AA1B1=∠AA1C1=60°,∠BB1C1=90°,侧棱⻓为b,则其侧⾯积为( ) A. B.ab C.(+)ab D.ab 例2:(1)若⼀个圆锥的轴截⾯是等边三⾓形,其⾯积为,则这个圆锥的侧⾯积是( )A.2πB.C.6πD.9π (2)已知棱⻓均为5,底⾯为正⽅形的四棱锥S-ABCD,如图,求它的侧⾯积、表⾯积. 例3:⼀个四棱台的上、下底⾯都为正⽅形,且上底⾯的中⼼在下底⾯的投影为下底⾯中⼼(正四棱台)两底⾯边⻓分别为1,2,侧⾯积等于两个底⾯积之和,则这个棱台的⾼为( ) A. B.2 C. D. (四).巩固练习: 1.⼀个棱柱的侧⾯展开图是三个全等的矩形,矩形的⻓和宽分别为6 cm,4 cm,则该棱柱的侧⾯积为________. 2.已知⼀个四棱锥底⾯为正⽅形且顶点在底⾯正⽅形射影为底⾯正⽅形的中⼼(正四棱锥),底⾯正⽅形的边⻓为4 cm,⾼与斜⾼的夹⾓为30°,如图所⽰,求正四棱锥的侧⾯积________和表⾯积________(单位:cm2). 3.如图所⽰,圆台的上、下底半径和⾼的⽐为1:4:4,⺟线⻓为10,则圆台的侧⾯积为( )A.81πB.100πC.14πD.169π (五)、课堂⼩结: 求柱体表⾯积的⽅法 (1)直棱柱的侧⾯积等于它的底⾯周⻓和⾼的乘积;表⾯积等于它的侧⾯积与上、下两个底⾯的⾯积之和. (2)求斜棱柱的侧⾯积⼀般有两种⽅法:⼀是定义法;⼆是公式法.所谓定义法就是利⽤侧⾯积为各侧⾯⾯积之和来求,公式法即直接⽤公式求解. (3)求圆柱的侧⾯积只需利⽤公式即可求解. (4)求棱锥侧⾯积的⼀般⽅法:定义法. (5)求圆锥侧⾯积的⼀般⽅法:公式法:S侧=πrl. (6)求棱台侧⾯积的⼀般⽅法:定义法. (7)求圆台侧⾯积的⼀般⽅法:公式法S侧=2(r+r′)l. 五、当堂检测 1.(2011·北京)某四棱锥的三视图如图所⽰,该四棱锥的表⾯积是( )A.32B.16+16C.48D.16+32 ⺴] 2.(2013·重庆)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 3.(2013⼲东)若⼀个圆台的正视图如图所⽰,则其侧⾯积等于( )A.6B.6πC.3πD.6π 六、作业:(1)课时闯关(今晚交) 七、课后反思:本节课你会哪些?还存在哪些问题? 1.3 空间⼏何体的表⾯积与体积 课时设计课堂实录 1.3 空间⼏何体的表⾯积与体积 1第⼀学时教学活动活动1【导⼊】第1课时 柱体、锥体、台体的表⾯积 (⼀)、基础⾃测: 1.棱⻓为a的正⽅体表⾯积为__________. 2.⻓、宽、⾼分别为a、b、c的⻓⽅体,其表⾯积为___________________. 3.⻓⽅体、正⽅体的侧⾯展开图为__________. 4.圆柱的侧⾯展开图为__________. 5.圆锥的侧⾯展开图为__________. (⼆).尝试学习 1.柱体的表⾯积 (1)侧⾯展开图:棱柱的侧⾯展开图是____________,⼀边是棱柱的侧棱,另⼀边等于棱柱的__________,如图①所⽰;圆柱的侧⾯展开图是_______,其中⼀边是圆柱的⺟线,另⼀边等于圆柱的底⾯周⻓,如图②所⽰. (2)⾯积:柱体的表⾯积S表=S侧+2S底.特别地,圆柱的底⾯半径为r,⺟线⻓为l,则圆柱的侧⾯积S侧=__________,表⾯积S表=__________. 2.锥体的表⾯积 (1)侧⾯展开图:棱锥的侧⾯展开图是由若干个__________拼成的,则侧⾯积为各个三⾓形⾯积的_____,如图①所⽰;圆锥的侧⾯展开图是_______,扇形的半径是圆锥的______,扇形的弧⻓等于圆锥的__________,如图②所⽰. (2)⾯积:锥体的表⾯积S表=S侧+S底.特别地,圆锥的底⾯半径为r,⺟线⻓为l,则圆锥的侧⾯积S侧=__________,表⾯积S表=__________. 3.台体的表⾯积 (1)侧⾯展开图:棱台的侧⾯展开图是由若干个__________拼接⽽成的,则侧⾯积为各个梯形⾯积的______,如图①所⽰;圆台的侧⾯展开图是扇环,其侧⾯积可由⼤扇形的⾯积减去⼩扇形的⾯积⽽得到,如图②所⽰. (2)⾯积:台体的表⾯积S表=S侧+S上底+S下底.特别地,圆台的上、下底⾯半径分别为r′,r,⺟线⻓为l,则侧⾯积S侧=____________,表⾯积S表=________________________. (三).互动课堂 例1:在三棱柱ABC-A1B1C1中,∠BAC=90°,AB=AC=a,∠AA1B1=∠AA1C1=60°,∠BB1C1=90°,侧棱⻓为b,则其侧⾯积为( ) A. B.ab C.(+)ab D.ab 例2:(1)若⼀个圆锥的轴截⾯是等边三⾓形,其⾯积为,则这个圆锥的侧⾯积是( )A.2πB.C.6πD.9π (2)已知棱⻓均为5,底⾯为正⽅形的四棱锥S-ABCD,如图,求它的侧⾯积、表⾯积. 例3:⼀个四棱台的上、下底⾯都为正⽅形,且上底⾯的中⼼在下底⾯的投影为下底⾯中⼼(正四棱台)两底⾯边⻓分别为1,2,侧⾯积等于两个底⾯积之和,则这个棱台的⾼为( ) A. B.2 C. D. (四).巩固练习: 1.⼀个棱柱的侧⾯展开图是三个全等的矩形,矩形的⻓和宽分别为6 cm,4 cm,则该棱柱的侧⾯积为________. 2.已知⼀个四棱锥底⾯为正⽅形且顶点在底⾯正⽅形射影为底⾯正⽅形的中⼼(正四棱锥),底⾯正⽅形的边⻓为4 cm,⾼与斜⾼的夹⾓为30°,如图所⽰,求正四棱锥的侧⾯积________和表⾯积________(单位:cm2). 3.如图所⽰,圆台的上、下底半径和⾼的⽐为1:4:4,⺟线⻓为10,则圆台的侧⾯积为( )A.81πB.100πC.14πD.169π (五)、课堂⼩结: 求柱体表⾯积的⽅法 (1)直棱柱的侧⾯积等于它的底⾯周⻓和⾼的乘积;表⾯积等于它的侧⾯积与上、下两个底⾯的⾯积之和. (2)求斜棱柱的侧⾯积⼀般有两种⽅法:⼀是定义法;⼆是公式法.所谓定义法就是利⽤侧⾯积为各侧⾯⾯积之和来求,公式法即直接⽤公式求解. (3)求圆柱的侧⾯积只需利⽤公式即可求解. (4)求棱锥侧⾯积的⼀般⽅法:定义法. (5)求圆锥侧⾯积的⼀般⽅法:公式法:S侧=πrl. (6)求棱台侧⾯积的⼀般⽅法:定义法. (7)求圆台侧⾯积的⼀般⽅法:公式法S侧=2(r+r′)l. 五、当堂检测 1.(2011·北京)某四棱锥的三视图如图所⽰,该四棱锥的表⾯积是( )A.32B.16+16C.48D.16+32 ⺴] 2.(2013·重庆)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 3.(2013⼲东)若⼀个圆台的正视图如图所⽰,则其侧⾯积等于( )A.6B.6πC.3πD.6π 六、作业:(1)课时闯关(今晚交) 七、课后反思:本节课你会哪些?还存在哪些问题? ⼩编推荐各科教学设计: 、、、、、、、、、、、、 ⼩编推荐各科教学设计: 、、、、、、、、、、、、。