空间几何体的表面积和体积(一)
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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。
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。
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。
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、①棱柱②圆柱2、①②3、①②4、①球:②③二、1、①棱柱②圆柱2、①棱锥②圆锥3、①棱台②圆台4、①球:②③三、1、2、则+=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 。
则∴V 即:)(33)(31S SS S h h S S S hS V 下下上上下上下上台++=++=∴)(31S S S 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。
这些圆柱的高为nr,则:每个圆柱的体积h S V i i ==nrr i 2π……=2r nr ⨯π=[3r n n π=[3r n n π当→n ∴V 半球5、 ∴S =球6、(1则其体积为:a V 3=正方体四个角上切下的每一个三棱锥体积为:中间剩下的正四面体的体积为:a a a a hSV 322231]60sin 21[3131)32232()2()2(=-⨯︒⨯⨯⨯==⨯⨯正三棱锥这样一个即:61(2 (a)(b)(c)(d)(e)(3(a ) 正方体内切球直径=正方体棱长(b ) 正方体内切球与正四面体的四条棱相切。
(c ) 与正四面体四条棱相切的球半径=正方体棱长的一半 (d ) 设正四面体棱长为a ,则与其棱都相切的球半径为r 1有:aar 422211=⨯= 7、利用祖暅原理推导球体体积。
构造一个几何体,使其截面与半球截面处处相等,根据祖暅原理可得两物体体积相等。
证明:作如下构造:在底面半径和高都是r 的圆柱内挖去一个与圆柱等底等高的圆锥。
如图:R ,∴S 1π=即:S 1 8、 正方体与球(1) 正方体的内切球正方体的棱长=a 球体的直径d (2) 正方体的外接球正方体的体对角线=a 3球体的直径d(3) 规律:①正方体的内切球与外接球的球心为同一点; ②正方体的内切球与外接球的球心在体对角线上; ③正四面体的内切球与外接球的的半径之比为:3:1 ④正四面体内切球与外接球体积之比为:1:339(∴a h r 12641==即:a a r V 33321663434)126(πππ===球∴π3:18=V V 球正四机体: (2)正四面体的外接球 外接球的半径=)2332(224343a a⨯-⨯=⨯高=a 46 ∴2:33122:86:33ππ==aaV V 正四面体球 (310、 (1 球体直径、圆柱的高、圆柱底面直径构成直角三角形。
空间几何体的表面积与体积公式大全全(表)面积(含侧面积)1、柱体①棱柱]----------------A S侧=Ch ■ S全=2S底* S侧②圆柱J _______ ___2、锥体①棱锥:S棱锥侧=^2c底h②圆锥:S圆锥侧=托底l3、台体①棱台:②圆台:S棱台侧S棱台侧_ 1二2(C上底C下底)h_ 1=2 (C上底.C下底)1* S全=S上+ S侧+ S下4、球体①球:S球=4r2②球冠:略③球缺:略S下S下体积1、柱体①棱柱]--------------卜V柱=Sh②圆柱J2、锥体①棱锥r②圆锥」1V柱=3S h3、台体1①棱台]V台=gh (S上NS上S^ +S下)②圆台J V圆台=3兀h (r上+Q r上r下+ r下)4、球体①球:V球=4二r'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I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2r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分析:圆柱体积:V圆柱=Sh =(二「2)2r=2^r'圆柱侧面积:S圆柱侧=C h =(2 r) 2r = 4二「因此:球体体积:V球=2 2二J=4二r33 3球体表面积:S球=4 r2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:V台=1h (S上+ S下)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P 高为h。
易知:PDC s .>PAB ,设PE = h i,则PF =h i h由相似三角形的性质得:CD PEAB PFA整理得:h 1 : =S上hPS 下-VS上又因为台体的体积=大锥体体积一小锥体体积1 11 1 二V台=3S 下(h 1h K3S 上h^3h 1(S下一S上) 下h代入:h= i S 上芬得: V台=3胪L(S下—S"3S 下hJS下3*SrS31 ___ I ------ ------ 1即: V 台=3 S上h (S下S上)3S下人二 V 台=3h (S 上S 上S 下S下)球体体积公式推导即:ShiS 下-h lh (相似比等于面积比的算术平方根)1 ______________=3h (S上S 上S 下S下)4、分析:将半球平行分成相同高度的若干层( n 层),n 越大,每一层越近似于圆柱,n “ •「时,每一层都可以看作是个圆柱。
空间几何体公式总结一、立方体立方体是一种常见的空间几何体,它具有六个相等的正方形面,每个面都是直角相连。
立方体的体积和表面积可以通过以下公式计算:- 体积公式:V = a^3,其中a代表立方体的边长。
- 表面积公式:S = 6a^2,其中a代表立方体的边长。
二、长方体长方体也是常见的空间几何体,它具有六个面,其中相对的两个面是相等的长方形。
长方体的体积和表面积可以通过以下公式计算:- 体积公式:V = lwh,其中l、w、h分别代表长方体的长度、宽度和高度。
- 表面积公式:S = 2lw + 2lh + 2wh,其中l、w、h分别代表长方体的长度、宽度和高度。
三、圆柱体圆柱体是一个上下底面相等且平行的圆和一个连接两个底面的侧面组成的几何体。
圆柱体的体积和表面积可以通过以下公式计算:- 体积公式:V = πr^2h,其中r代表底面圆的半径,h代表圆柱体的高度。
- 表面积公式:S = 2πrh + 2πr^2,其中r代表底面圆的半径,h代表圆柱体的高度。
四、球体球体是由所有离一个固定点的距离小于或等于固定值的点组成的集合。
球体的体积和表面积可以通过以下公式计算:- 体积公式:V = (4/3)πr^3,其中r代表球体的半径。
- 表面积公式:S = 4πr^2,其中r代表球体的半径。
五、锥体锥体是一个底面为任意多边形,侧面为连接底面顶点与一个固定点的线段的几何体。
锥体的体积和表面积可以通过以下公式计算:- 体积公式:V = (1/3)Bh,其中B代表底面的面积,h代表锥体的高度。
- 表面积公式:S = B + (1/2)Pl,其中B代表底面的面积,P代表底面的周长,l代表侧面的斜高。
六、棱锥棱锥是一个底面为任意多边形,侧面为连接底面顶点与一个固定点的线段的几何体。
棱锥的体积和表面积可以通过以下公式计算:- 体积公式:V = (1/3)Bh,其中B代表底面的面积,h代表棱锥的高度。
- 表面积公式:S = B + Ps,其中B代表底面的面积,P代表底面的周长,s代表棱锥的斜高。
空间几何体的表面积与体积计算几何体是我们日常生活中常见的一种数学概念,它包括了诸如三角形、圆形等平面几何体以及立方体、球体等空间几何体。
本文将就空间几何体的表面积和体积计算进行探讨,帮助读者更好地理解和应用这一概念。
一、立方体的表面积和体积计算方法立方体是最简单的空间几何体之一,它具有六个相等的面,每个面都是一个正方形。
我们可以通过以下两个公式来计算立方体的表面积和体积:1. 表面积计算公式:立方体的表面积等于六个面的面积之和。
每个面的面积都是边长的平方,所以立方体的表面积公式为:表面积 = 6 ×边长 ×边长2. 体积计算公式:立方体的体积等于边长的立方,所以立方体的体积公式为:体积 = 边长 ×边长 ×边长在实际问题中,我们可以根据给定的条件,使用表面积和体积的计算公式求解各种问题,例如求解立方体的边长、体积等。
二、球体的表面积和体积计算方法球体是一种圆形的几何体,它的每个点到球心的距离都相等。
对于球体的表面积和体积计算,我们可以依据以下两个公式:1. 表面积计算公式:球体的表面积等于4倍的圆面积。
而圆面积的计算公式为:圆面积= π × 半径 ×半径所以球体的表面积计算公式为:表面积= 4 × π × 半径 ×半径2. 体积计算公式:球体的体积等于4/3倍π乘以半径的立方,所以球体的体积计算公式为:体积= 4/3 × π × 半径 ×半径 ×半径对于球体的实际问题,我们可以根据给定的条件,通过表面积和体积的计算公式来处理相关的计算。
三、其他空间几何体的表面积和体积计算方法除了立方体和球体之外,还存在着许多其他形状的空间几何体,如圆柱体、锥体、棱柱等。
每种几何体的表面积和体积计算方法都有所不同。
以圆柱体为例,它的表面积等于两个底面的面积之和再加上侧面的面积。
而底面的面积可以通过底面半径的平方乘以π来计算,侧面的面积则等于底面周长乘以高度。
空间几何体的表面积与体积一、基础知识1.圆柱、圆锥、圆台的侧面展开图及侧面积公式S=2πrl S=πrl S=π(r+r′)l①几何体的侧面积是指(各个)侧面面积之和,而表面积是侧面积与所有底面面积之和.②圆台、圆柱、圆锥的转化当圆台的上底面半径与下底面半径相等时,得到圆柱;当圆台的上底面半径为零时,得到圆锥,由此可得:2.空间几何体的表面积与体积公式二、常用结论几个与球有关的切、接常用结论(1)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 .(2)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.(3)正四面体的外接球与内切球的半径之比为3∶1. 考点一 空间几何体的表面积[典例] (1)(2018·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(2)(2019·沈阳质检)某四棱锥的三视图如图所示,则该四棱锥的侧面积是( )A .4+4 2B .42+2C .8+4 2D.83[解析] (1)设圆柱的轴截面的边长为x , 则x 2=8,得x =22,∴S 圆柱表=2S 底+S 侧=2×π×(2)2+2π×2×22 =12π.故选B.(2)由三视图可知该几何体是一个四棱锥,记为四棱锥P ABCD ,如图所示,其中P A ⊥底面ABCD ,四边形ABCD 是正方形,且P A =2,AB =2,PB =22,所以该四棱锥的侧面积S 是四个直角三角形的面积和,即S =2×⎝⎛⎭⎫12×2×2+12×2×22=4+42,故选A. [答案] (1)B (2)A [题组训练]1.(2019·武汉部分学校调研)一个几何体的三视图如图所示,则它的表面积为( )A .28B .24+25C .20+4 5D .20+25解析:选B 如图,三视图所对应的几何体是长、宽、高分别为2,2,3的长方体去掉一个三棱柱后的棱柱ABIE DCMH ,则该几何体的表面积S =(2×2)×5+⎝⎛⎭⎫12×1×2×2+2×1+2×5=24+2 5.故选B.2.(2018·郑州第二次质量预测)某几何体的三视图如图所示,则该几何体的表面积是( )A .20+2πB .24+(2-1)πC .24+(2-2)πD .20+(2+1)π解析:选B 由三视图知,该几何体是由一个棱长为2的正方体挖去一个底面半径为1、高为1的圆锥后所剩余的部分,所以该几何体的表面积S =6×22-π×12+π×1×2=24+(2-1)π,故选B. 考点二 空间几何体的体积[典例] (1)(2019·开封高三定位考试)某几何体的三视图如图所示,其中俯视图为扇形,则该几何体的体积为( )A .4πB .2π C.4π3D .π(2)(2018·天津高考)如图,已知正方体ABCD A 1B 1C 1D 1的棱长为1,则四棱锥A 1BB 1D 1D 的体积为________.[解析] (1)直接法由题意知该几何体的直观图如图所示,该几何体为圆柱的一部分,设底面扇形的圆心角为α,由tan α=31=3,得α=π3,故底面面积为12×π3×22=2π3,则该几何体的体积为2π3×3=2π.(2)法一:直接法连接A 1C 1交B 1D 1于点E ,则A 1E ⊥B 1D 1,A 1E ⊥BB 1,则A 1E ⊥平面BB 1D 1D ,所以A 1E 为四棱锥A 1BB 1D 1D 的高,且A 1E =22, 矩形BB 1D 1D 的长和宽分别为2,1, 故V A 1BB 1D 1D =13×(1×2)×22=13.法二:割补法连接BD 1,则四棱锥A 1BB 1D 1D 分成两个三棱锥B A 1DD 1与B A 1B 1D 1,所以V A 1BB 1D 1D =V B A 1DD 1+V B A 1B 1D 1=13×12×1×1×1+13×12×1×1×1=13.[答案] (1)B (2)13[题组训练]1.(等体积法)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 1ABC 1的体积为( )A.312B.34C.612D.64解析:选A 三棱锥B 1ABC 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.(割补法)某几何体的三视图如图所示,则这个几何体的体积是( )A .13B .14C .15D .16解析:选C 所求几何体可看作是将长方体截去两个三棱柱得到的几何体,在长方体中还原该几何体,如图中ABCD A ′B ′C ′D ′所示,长方体的长、宽、高分别为4,2,3,两个三棱柱的高为2,底面是两直角边长分别为3和1.5的直角三角形,故该几何体的体积V =4×2×3-2×12×3×32×2=15,故选C.3.(直接法)一个由半球和四棱锥组成的几何体,其三视图如图所示,则该几何体的体积为( )A.13+23π B.13+23π C.13+26π D .1+26π 解析:选C 由三视图知,四棱锥是底面边长为1,高为1的正四棱锥,结合三视图可得半球半径为22,从而该几何体的体积为13×12×1+12×4π3×⎝⎛⎭⎫223=13+26π. 考点三 与球有关的切、接问题考法(一) 球与柱体的切、接问题[典例] (2017·江苏高考)如图,在圆柱O 1O 2内有一个球O ,该球与圆柱的上、下底面及母线均相切.记圆柱O 1O 2的体积为V 1,球O 的体积为V 2,则V 1V 2的值是________.[解析] 设球O 的半径为R ,因为球O 与圆柱O 1O 2的上、下底面及母线均相切,所以圆柱的底面半径为R 、高为2R ,所以V 1V 2=πR 2·2R 43πR 3=32.[答案] 32考法(二) 球与锥体的切、接问题[典例] (2018·全国卷Ⅲ)设A ,B ,C ,D 是同一个半径为4的球的球面上四点,△ABC 为等边三角形且其面积为93,则三棱锥D ABC 体积的最大值为( )A .123B .183C .24 3D .543[解析] 由等边△ABC 的面积为93,可得34AB 2=93,所以AB =6,所以等边△ABC 的外接圆的半径为r =33AB =2 3.设球的半径为R ,球心到等边△ABC 的外接圆圆心的距离为d ,则d =R 2-r 2=16-12=2.所以三棱锥D ABC 高的最大值为2+4=6,所以三棱锥D ABC 体积的最大值为13×93×6=18 3.[答案] B[题组训练]1.(2018·福建第一学期高三期末考试)已知圆柱的高为2,底面半径为3,若该圆柱的两个底面的圆周都在同一个球面上,则这个球的表面积等于( )A .4π B.163πC.323π D .16π解析:选D 如图,由题意知圆柱的中心O 为这个球的球心, 于是,球的半径r =OB =OA 2+AB 2= 12+(3)2=2. 故这个球的表面积S =4πr 2=16π.故选D.2.三棱锥P ABC 中,AB =BC =15,AC =6,PC ⊥平面ABC ,PC =2,则该三棱锥的外接球表面积为________.解析:由题可知,△ABC 中AC 边上的高为15-32=6,球心O 在底面ABC 的投影即为△ABC 的外心D ,设DA =DB =DC =x ,所以x 2=32+(6-x )2,解得x =564,所以R 2=x 2+⎝⎛⎭⎫PC 22=758+1=838(其中R 为三棱锥外接球的半径),所以外接球的表面积S =4πR 2=832π. 答案:832π[课时跟踪检测]1.(2019·深圳摸底)过半径为2的球的一条半径的中点,作垂直于该半径的平面,则所得截面的面积与球的体积的比值为( )A.932 B.916 C.38D.316解析:选A 由题意知所得截面为圆,设该圆的半径为r ,则22=12+r 2,所以r 2=3,所以所得截面的面积与球的体积的比值为π×343π×23=932,故选A.2.如图是某一几何体的三视图,则这个几何体的体积为( )A .4B .8C .16D .20解析:选B 由三视图知,此几何体是一个三棱锥,底面为一边长为6,高为2的三角形,三棱锥的高为4,所以体积为V =13×12×6×2×4=8.故选B.3.《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斛解析:选B 设米堆的底面半径为r 尺,则π2r =8,所以r =16π,所以米堆的体积为V =14×13π×r 2×5=π12×⎝⎛⎭⎫16π2×5≈3209(立方尺).故堆放的米约有3209÷1.62≈22(斛). 4.(2018·贵阳摸底考试)某实心几何体是用棱长为1 cm 的正方体无缝粘合而成的,其三视图如图所示,则该几何体的体积为( )A .35 cm 3B .40 cm 3C .70 cm 3D .75 cm 3解析:选A 结合题中三视图可得,该几何体是个组合体,该组合体从下到上依次为长、宽、高分别为5 cm,5 cm,1 cm 的长方体,长、宽、高分别为3 cm,3 cm,1 cm 的长方体,棱长为1 cm 的正方体,故该组合体的体积V =5×5×1+3×3×1+1×1×1=35(cm 3).故选A.5.(2019·安徽知名示范高中联考)某几何体的三视图如图所示,则该几何体的体积为( )A .1 B.12 C.13D.14解析:选C 法一:该几何体的直观图为四棱锥S ABCD ,如图,SD ⊥平面ABCD ,且SD =1,四边形ABCD 是平行四边形,且AB =DC =1,连接BD ,由题意知BD ⊥DC ,BD ⊥AB ,且BD =1,所以S 四边形ABCD =1,所以V S ABCD =13S四边形ABCD·SD =13,故选C.法二:由三视图易知该几何体为锥体,所以V =13Sh ,其中S 指的是锥体的底面积,即俯视图中四边形的面积,易知S =1,h 指的是锥体的高,从正视图和侧视图易知h =1,所以V =13Sh =13,故选C.6.(2019·重庆调研)某简单组合体的三视图如图所示,则该组合体的体积为( )A.83π3+833B.43π3+833C.43π3+433D.83π3+433解析:选B 由三视图知,该组合体是由一个半圆锥与一个三棱锥组合而成的,其中圆锥的底面半径为2、高为42-22=23,三棱锥的底面是斜边为4、高为2的等腰直角三角形,三棱锥的高为23,所以该组合体的体积V =12×13π×22×23+13×12×4×2×23=43π3+833,故选B. 7.(2019·湖北八校联考)已知一几何体的三视图如图所示,它的侧视图与正视图相同,则该几何体的表面积为( )A .16+12πB .32+12πC .24+12πD .32+20π解析:选A 由三视图知,该几何体是一个正四棱柱与半球的组合体,且正四棱柱的高为2,底面对角线长为4,球的半径为2,所以该正四棱柱的底面正方形的边长为22,该几何体的表面积S =12×4π×22+π×22+22×2×4=12π+16,故选A.8.(2019·福州质检)已知正三棱柱ABC A 1B 1C 1中,底面积为334,一个侧面的周长为63,则正三棱柱ABC A 1B 1C 1外接球的表面积为( )A .4πB .8πC .16πD .32π解析:选C 如图所示,设底面边长为a ,则底面面积为34a 2=334,所以a = 3.又一个侧面的周长为63,所以AA 1=2 3.设E ,D 分别为上、下底面的中心,连接DE ,设DE 的中点为O ,则点O 即为正三棱柱ABC A 1B 1C 1的外接球的球心,连接OA 1,A 1E ,则OE =3,A 1E =3×32×23=1.在直角三角形OEA 1中,OA 1=12+(3)2=2,即外接球的半径R =2,所以外接球的表面积S =4πR 2=16π,故选C.9.(2017·天津高考)已知一个正方体的所有顶点在一个球面上,若这个正方体的表面积为18,则这个球的体积为________.解析:由正方体的表面积为18,得正方体的棱长为 3. 设该正方体外接球的半径为R ,则2R =3,R =32,所以这个球的体积为43πR 3=4π3×278=9π2.答案:9π2 10.某四棱柱的三视图如图所示,则该四棱柱的体积为________.解析:由题意知该四棱柱为直四棱柱,其高为1,底面为上底长为1,下底长为2,高为1的等腰梯形,所以该四棱柱的体积为V =(1+2)×12×1=32. 答案:3211.一个圆锥的表面积为π,它的侧面展开图是圆心角为2π3的扇形,则该圆锥的高为________.解析:设圆锥底面半径是r ,母线长为l ,所以πr 2+πrl =π,即r 2+rl =1,根据圆心角公式2π3=2πr l ,即l =3r ,所以解得r =12,l =32,那么高h =l 2-r 2= 2. 答案:212.(2017·全国卷Ⅰ)已知三棱锥S ABC 的所有顶点都在球O 的球面上,SC 是球O 的直径.若平面SCA ⊥平面SCB ,SA =AC ,SB =BC ,三棱锥S ABC 的体积为9,则球O 的表面积为________.解析:如图,连接AO ,OB ,∵SC 为球O 的直径,∴点O 为SC 的中点,∵SA =AC ,SB =BC ,∴AO ⊥SC ,BO ⊥SC ,∵平面SCA ⊥平面SCB ,平面SCA ∩平面SCB =SC ,∴AO ⊥平面SCB ,设球O 的半径为R ,则OA =OB =R ,SC =2R .∴V S ABC =V A SBC =13×S △SBC ×AO =13×⎝⎛⎭⎫12×SC ×OB ×AO ,即9=13×⎝⎛⎭⎫12×2R ×R ×R ,解得 R =3, ∴球O 的表面积S =4πR 2=4π×32=36π.答案:36π13.如图是一个以A 1B 1C 1为底面的直三棱柱被一平面所截得到的几何体,截面为ABC ,已知A 1B 1=B 1C 1=2,∠A 1B 1C 1=90°,AA 1=4,BB 1=3,CC 1=2,求:(1)该几何体的体积;(2)截面ABC 的面积.解:(1)过C 作平行于A 1B 1C 1的截面A 2B 2C ,交AA 1,BB 1分别于点A 2,B 2.由直三棱柱性质及∠A 1B 1C 1=90°可知B 2C ⊥平面ABB 2A 2,则该几何体的体积V =VA 1B 1C 1A 2B 2C +VC ABB 2A 2=12×2×2×2+13×12×(1+2)×2×2=6. (2)在△ABC 中,AB =22+(4-3)2=5,BC =22+(3-2)2=5,AC =(22)2+(4-2)2=2 3.则S △ABC =12×23×(5)2-(3)2= 6.14.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63,求该三棱锥E ACD 的侧面积.解:(1)证明:因为四边形ABCD 为菱形,所以AC ⊥BD . 因为BE ⊥平面ABCD ,AC ⊂平面ABCD ,所以BE ⊥AC .因为BD ∩BE =B ,BD ⊂平面BED ,BE ⊂平面BED , 所以AC ⊥平面BED .又AC ⊂平面AEC ,所以平面AEC ⊥平面BED .(2)设AB=x,在菱形ABCD中,由∠ABC=120°,可得AG=GC=32x,GB=GD=x2.因为AE⊥EC,所以在Rt△AEC中,可得EG=3 2x.由BE⊥平面ABCD,知△EBG为直角三角形,可得BE=2 2x.由已知得,三棱锥EACD的体积V三棱锥EACD=13·12AC·GD·BE=624x3=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EACD的侧面积为3+2 5.。
空间几何体的表面积与体积柱体、锥体、台体的表面积与体积[新知初探]1.柱体、锥体、台体的表面积公式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);锥体的体积公式V=13Sh(S为底面面积,h为高);台体的体积公式V=13(S′+S′S+S)h.[点睛](1)圆柱、圆锥、圆台的侧面积公式之间的关系:[小试身手]1.判断下列命题是否正确.(正确的打“√”,错误的打“×”) (1)锥体的体积等于底面面积与高之积( ) (2)台体的体积可转化为两个锥体的体积之差( ) 答案:(1)× (2)√2.侧面都是等腰直角三角形的正三棱锥,底面边长为a 时,该三棱锥的表面积是( ) A.3+34a 2B.34a 2C.3+32a 2D.6+34a 2解析:选A ∵侧面都是等腰直角三角形,故侧棱长等于22a ,∴S 表=34a 2+3×12×⎝⎛⎭⎫22a 2=3+34a 2.3.若圆锥的底面半径为3,母线长为5,则圆锥的体积是________. 解析:由已知圆锥的高h =4, 所以V 圆锥=13π×32×4=12π.答案:12π柱、锥、台的表面积[典例] 现有一个底面是菱形的直四棱柱,它的体对角线长为9和15,高是5,求该直四棱柱的侧面积.[解] 如图,设底面对角线AC =a ,BD =b ,交点为O ,对角线A 1C =15,B 1D =9, ∴a 2+52=152,b 2+52=92, ∴a 2=200,b 2=56.∵该直四棱柱的底面是菱形, ∴AB 2=⎝⎛⎭⎫AC 22+⎝⎛⎭⎫BD 22=a 2+b 24=200+564=64,∴AB =8. ∴直四棱柱的侧面积S =4×8×5=160.(1)求几何体的表面积问题,通常将所给几何体分成基本几何体,再通过这些基本几何体的表面积进行求和或作差,从而获得几何体的表面积,另外有时也会用到将几何体展开求其展开图的面积进而得表面积.(2)结合三视图考查几何体的表面积是高考的热点,解决此类问题的关键是正确地观察三视图,把它还原为直观图,特别要注意从三视图中得到几何体的相关量,再结合表面积公式求解.[活学活用]1.(陕西高考)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+4 D.3π+4解析:选D由几何体的三视图可知,该几何体为半圆柱,直观图如图所示.表面积为2×2+2×12×π×12+π×1×2=4+3π.2.圆台的上、下底面半径和高的比为1∶4∶4,若母线长为10,则圆台的表面积为() A.81π B.100πC.168π D.169π解析:选C先画轴截面,再利用上、下底面半径和高的比求解.圆台的轴截面如图所示,设上底面半径为r,下底面半径为R,则它的母线长为l=h2+(R-r)2=(4r)2+(3r)2=5r=10,所以r=2,R=8.故S侧=π(R+r)l=π(8+2)×10=100π,S表=S侧+πr2+πR2=100π+4π+64π=168π.柱体、锥体、台体的体积[典例])A.2π+2 3 B.4π+2 3C .2π+233D .4π+233[解析] 该空间几何体由一圆柱和一正四棱锥组成,圆柱的底面半径为1,高为2,体积为2π,四棱锥的底面边长为2,高为3,所以体积为13×(2)2×3=233,所以该几何体的体积为2π+233.[答案] C空间几何体体积问题的常见类型及解题策略(1)求简单几何体的体积.若所给的几何体为柱体、锥体或台体,则可直接利用公式求解.(2)求以三视图为背景的几何体的体积.应先根据三视图得到几何体的直观图,然后根据条件求解.[活学活用]1.已知某圆台的上、下底面面积分别是π,4π,侧面积是6π,则这个圆台的体积是________.解析:设圆台的上、下底面半径分别为r 和R ,母线长为l ,高为h ,则S 上=πr 2=π,S 下=πR 2=4π,∴r =1,R =2,S 侧=π(r +R )l =6π,∴l =2,∴h =3,∴V =13π(12+22+1×2)×3=733π.答案:733π 2.若某几何体的三视图如图所示,则此几何体的体积等于________. 解析:根据三视图,可知题中的几何体是由一个三棱柱削去一个三棱锥得到的,体积V =12×3×4×5-13×12×4×3×3=24.答案:24几何体体积的求法1.如图所示,正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1的棱长为1,E 为线段B 1C 上的一点,则三棱锥A -DED 1的体积为________.解析:V 三棱锥A -DED 1=V 三棱锥E -DD 1A =13×12×1×1×1=16.答案:162.如图所示,三棱锥的顶点为P ,PA ,PB ,PC 为三条侧棱,且PA ,PB ,PC 两两互相垂直,又PA =2,PB =3,PC =4,求三棱锥P -ABC 的体积V .解:三棱锥的体积V =13Sh ,其中S 为底面积,h 为高,而三棱锥的任意一个面都可以作为底面,所以此题可把B 看作顶点,△PAC 作为底面求解.故V =13S △PAC ·PB =13×12×2×4×3=4.题点二:分割法3.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. ∵AB =2EF ,EF ∥AB , ∴S △EAB =2S △BEF .∴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. ∴多面体的体积V =V 四棱锥E -ABCD +V 三棱锥F -EBC =16+4=20. 题点三:补形法4.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.5.已知四面体ABCD 中,AB =CD =13,BC =AD =25,BD =AC =5,求四面体ABCD 的体积.解:以四面体的各棱为对角线还原为长方体,如图. 设长方体的长、宽、高分别为x ,y ,z , 则{x 2+y 2=13,y 2+z 2=20,x 2+z 2=25,∴{ x =3,y =2,z =4.∵V D -ABE =13DE ·S △ABE =16V 长方体, 同理,V C -ABF =V D -ACG =V D -BCH =16V 长方体, ∴V 四面体ABCD =V 长方体-4×16V 长方体=13V 长方体.而V 长方体=2×3×4=24,∴V 四面体ABCD =8.(1)三棱锥又称为四面体,它的每一个面都可当作底面来处理,这一方法叫作体积转移法(或称等积法).(2)当所给几何体形状不规则时,无法直接利用体积公式求解,这时可通过分割或补形,将原几何体分割或补形成较易计算体积的几何体,从而求出原几何体的体积.层级一 学业水平达标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.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 ,∴其母线长l =5r .∴S 侧=πrl =5πr 2,S 底=πr 2,S 底∶S 侧=1∶ 5.3.如图是一个几何体的三视图,其中正视图是腰长为2的等腰三角形,俯视图是半径为1的半圆,则该几何体的体积是( )A.433πB.36πC.12π D.33π 解析:选B 由三视图,可知给定的几何体是一个圆锥的一半,故所求的体积为12×13×π×12×3=36π. 4.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 .5D .3解析:选A 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 =7.5.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解析:选C ∵V C -A ′B ′C ′=13V ABC -A ′B ′C ′=13,∴V C -AA ′B ′B =1-13=23. 6.棱长都是3的三棱锥的表面积S 为________.解析:因为三棱锥的四个面是全等的正三角形,所以S =4×34×32=9 3. 答案:9 37.若圆锥的侧面展开图为一个半径为2的半圆,则圆锥的体积是________. 解析:易知圆锥的母线长l =2,设圆锥的底面半径为r ,则2πr =12×2π×2,∴r =1,∴圆锥的高h =l 2-r 2=3,则圆锥的体积V =13πr 2h =33π.答案:33π 8.如图是一个几何体的三视图,若它的体积是3 3,则a =________.解析:由三视图,可知几何体为一个放倒的直三棱柱,则该几何体的体积V =3×⎝⎛⎭⎫12×2×a =3 3,所以a = 3.答案: 39.如图,在四边形ABCD 中,∠DAB =90°,∠ADC =135°,AB =5,CD =22,AD =2,若四边形ABCD 绕AD 旋转一周成为几何体.(1)画出该几何体的三视图; (2)求出该几何体的表面积. 解:(1)如图所示.(2)过C 作CE 垂直AD 延长线于E 点, 作CF 垂直AB 于F 点. 由已知得:DE =2,CE =2, ∴CF =4,BF =5-2=3. ∴BC =CF 2+BF 2=5. ∴下底圆面积S 1=25π,台体侧面积S 2=π×(2+5)×5=35π, 锥体侧面积S 3=π×2×22=42π, 故表面积S =S 1+S 2+S 3=(60+42)π.10.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 ′.∵S 侧=2S 底, ∴12·3a ·h ′=34a 2×2. ∴a =3h ′.∵SO ⊥OE ,∴SO 2+OE 2=SE 2. ∴32+⎝⎛⎭⎫36×3h ′2=h ′2.∴h ′=23,∴a =3h ′=6. ∴S 底=34a 2=34×62=93,S 侧=2S 底=18 3. ∴S 表=S 侧+S 底=183+93=27 3.层级二 应试能力达标1.正方体的表面积为96,则正方体的体积为( )A .486B .64C .16D .96解析:选B 设正方体的棱长为a ,则6a 2=96,∴a =4,故V =a 3=43=64. 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 -AB 1C 的体积为( )A.14B.12C.36D.34解析:选D VB -AB 1C =VB 1-ABC =13S △ABC ×h =13×34×3=34.3.圆柱的一个底面积是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 .πSD.233πS解析:选A 底面半径是Sπ,所以正方形的边长是2πSπ=2πS ,故圆柱的侧面积是(2πS )2=4πS .4.一个几何体的三视图如图所示,则该几何体的体积为( ) A.533B.433C.536D. 3 解析:选A 由三视图可知,该几何体是正三棱柱的一部分,如图所示,其中底面三角形的边长为2,故所求的体积为34×22×2-13×34×22×1=533. 5.已知一个长方体的三个面的面积分别是2,3,6,则这个长方体的体积为________.解析:设长方体从一点出发的三条棱长分别为a ,b ,c ,则{ ab =2,ac =3,bc =6,三式相乘得(abc )2=6,故长方体的体积V =abc = 6.答案: 66.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:87.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AC1及直三棱柱B1C1Q-A1D1P的组合体.由PA1=PD1=2,A1D1=AD=2,可得PA1⊥PD1.故所求几何体的表面积S=5×22+2×2×2+2×12×(2)2=(22+42)cm2,所求几何体的体积V=23+12×(2)2×2=10(cm3).8.一个圆锥的底面半径为2 cm,高为6 cm,在其内部有一个高为x cm的内接圆柱.(1)求圆锥的侧面积.(2)当x为何值时,圆柱的侧面积最大?并求出侧面积的最大值.解:(1)圆锥的母线长为62+22=210(cm),∴圆锥的侧面积S1=π×2×210=410 π(cm2).(2)画出圆锥的轴截面如图所示:设圆柱的底面半径为r cm,由题意,知r2=6-x 6,∴r=6-x3,∴圆柱的侧面积S2=2πrx=2π3(-x2+6x)=-2π3[(x-3)2-9],∴当x=3时,圆柱的侧面积取得最大值,且最大值为6π cm2.。