空间几何体的表面积与体积教案

空间几何体的表面积与体积1空间几何体的表面积与体积一、柱体、锥体、台体的表面积A.多面体的表面积1.多面体的表面积求法：求平面展开图的面积注：把多面体的各个面平铺在平面上，所得图形称之为多面体的平面积展开图.2.直棱柱的侧面积与全面积（1）侧面积求法：侧面展开（如图） ；公式： （其中 为底面周长， 为侧棱长） ；Scll（2）表面积：侧面积两底面积.（3）推论：正棱柱的侧面积： （其中 为底面周长， 为侧棱长）.cl l长方体的表面积： .（其中 分别为长方体的长宽高）2()Sab,abc正方体的表面积： （ 为正方体的棱长）.63.斜棱柱侧面积与全面积（1）侧面积：求法：作出直截面（如图） ；注：这种处理方法蕴含着割补思想.公式： （其中 为直截面周长， 为侧棱长） ；Scll（2）表面积：侧面积两底面积.4.正棱锥的侧面积与全面积（1）侧面积求法：侧面展开（如图） ；公式： （其中 为底面周长， 为斜高） ；12Schh（2）表面积：侧面积底面积.5.正棱台的侧面积与全面积（1）侧面积求法：侧面展开（如图） ；公式： （其中 、 为底面周长， 为斜高） ；1()2Schch（2）表面积：侧面积两底面积. 6.正棱柱、正棱锥、正棱台的侧面积公式间的内在联系：正棱台侧面积公式： 1()2Sch正棱柱侧面积公式： Scl正棱锥侧面积公式： 2Schchl0空间几何体的表面积与体积2B.旋转体的表面积1.圆柱的侧面积与全面积（1）侧面积：求法：侧面展开（如图） ；公式： （ 为两底半径， 为母线长） ；2Srll（2）表面积： .()l2.圆锥的侧面积与表面积（1）侧面积求法：侧面展开（如图） ；公式： ；Srl（2）表面积： （ 为两底半径， 为母线长）.()lrl事实上：圆锥侧面展开图为扇形，扇形弧长为 ，半径为圆锥母线 ，故面积为 .2rl12rl3.圆台的侧面积与表面积（1）侧面积求法：侧面展开（如图） ；公式： ；()SrRl事实上：圆台侧面展开图为扇环，扇环的弧长分别为 、 ，半径分别为 、 ，故圆台侧面积为2rRxl， ， .112()2()SRxlrxrxRl()xlrl()SrRl（2）表面积： .（ 、 分别为上、下底面半径， 为母线长）2l l4.圆柱、圆锥、圆台的侧面积公式间的内在联系：二、柱体、锥体、台体的体积A.棱柱、棱锥、棱台的体积1.棱柱体积公式： （ 为高， 为底面面积） ；VShS2.棱锥体积公式： （ 为高， 为底面面积） ；133.棱台体积公式： （ 为高， 、 分别为两底面面积）.12()h 1S22rlr2rllr2RrxlRr圆台侧面积公式： ()SrRl圆柱侧面积公式： 2Srlc圆锥侧面积公式： 12SRlc0空间几何体的表面积与体积3事实上，设小棱锥高为 ，则大棱锥高为 .于是 .xxh212211()()33VSxhxShSx ，1121122()SSx Sh .2212122112()()()()333VxhShSh4.棱柱、棱锥、棱台体积公式间的内在联系：B.圆柱、圆锥、圆台的体积1.圆柱的体积： （ 为高， 为底面半径）.2Vrhr2.圆锥的体积： （ 为高， 为底面半径）.13RR3.圆台的体积： （ 、 分别为上、下底半径， 为高）.22()rhr h事实上，设小圆锥高为 ，则大圆锥高为 （如图）.xx于是 .22 2111()()333VRhrRrRh ， .()xrrxhh2221()()3VrhrRh4.圆柱、圆锥、圆台体积公式间的内在联系：三、球的体积与表面积1.球的体积 .34VR2.球的表面积 .2S四、题型示例A.直用公式求面积、求体积例 1 （1）一个正三棱柱的底面边长为 4，侧棱长为 10，求其侧面积、表面积和体积；侧面积：120；表面积：120+ ；体积 .120+83403（2）一个圆台，上、下底面半径分别为 10、20，母线与底面的夹角为 60，求圆台的侧面积、h2Sx1圆台体积公式： 221()3VrRh圆柱体积公式： 2r 圆锥体积公式： 213VRh0r圆台侧面积公式： 12()3VSh圆柱侧面积公式： VSh 圆锥侧面积公式： 13VSh12 102 Rrxlh空间几何体的表面积与体积4表面积和体积；侧面积： ；表面积： ；体积： .6010703（3）已知球的表面积是 ，求它的体积. 结果： .642563（4）在长方体 中，用截面截下一个棱锥 ，求棱锥 的体积1ABCD 1CAD1CAD与剩余部分的体积之比. 结果 .:5练习：1.已知正四棱锥底面正方形的边长为 4cm，高与斜高的夹角为 ，求正四棱锥的侧面积和表30面积. 结果： ， .23cm2482.已知平行四边形 中， ， ， ，以 为轴旋转一周，得旋转体.求ABCD86AD6BA旋转体的表面积.结果： .8433.正方体 的棱长为 1，则沿面对角线 、 、 截得的三棱锥 的1C1 1BAC体积为 CA. B. C. D.112364.已知正四棱台两底面均为正方形，边长分别为 4cm、8cm，求它的侧面积和体积. 结果：侧面积： ；体积： .34815cm3241cm5.正四棱锥 各侧面均为正三角形，侧棱长为 5，求它的侧面积、表面积和体积.SABCD结果：侧面积： ；表面积： ；体积： .25325(13)12566.若正方体的棱长为 ，则以该正方体各个面的中心为顶点的凸多面体的体积为 . 23B.根据三视图求面积、体积例 3 一空间几何体的三视图如图所示，则该几何体的体积为A. B.2423C. D.3结果：C.练习：1.一个底面为正三角形，侧棱于底面垂直的棱柱的三视图俯视图22正（主）视图2侧（左）视图222正视图 侧视图俯视图34空间几何体的表面积与体积5如图所示，则这个棱柱的体积为 .结果： .362.下图是一个空间几何体的正视图、侧视图、俯视图，如果直角三角形的直角边长均为 1，那么这个几何体的体积为A.1 B. 2C. D.36答案：C.3.如图是某几何体的三视图，其中正视图是腰长为 3 的等腰三角形，俯视图是半径为 1 的半圆，该几何体的体积是A. B. 223C. D. 4答案：A.4.已知一个组合体的三视图如图所示，请根据具体的数据，计算该组合体的体积.提示：该组合体结构为：上部是一个圆锥，中部是一个圆柱，下部也是一个圆柱.结果： .17635.下图是一个几何体的三视图，根据图中数据，可得该几何体的表面积是 DA. B. C. D.91012C.几何体表面上最短距离问题例 三棱锥 的侧棱长均为 1，且侧棱间的夹角都是 ，PA 40动点 在 上移动，动点 在 上移动，求 的最小值. 结果： .MNPAMN3D.与球有关的组合问题例 1（1）若棱长为 3 的正方体的顶点都在同一球面上，则该球的表面积为 . 结果: .27（2）若一个球内切于棱长为 3 的正方体，则该球的体积为 . 结果: .92正视图 侧视图俯视图正视图 侧视图俯视图正视图 侧视图俯视图10142210142空间几何体的表面积与体积6例 2 有一个倒圆锥形容器，它的轴截面是一个正三角形，在容器内放一个半径为的铁球，并注入水，使球浸没在水中并使水面正好与球相切，然后将球取出，求这时容器中水的深度.结果：.315r变式训练：1.长方体 中， ， ， ，则其外接球的体积为 .1ABCD3AB4D15A2.求棱长为 1 的正四面体的外接球、内切球的表面积.注：棱长为的正四面体中常用数据：（1）高： ，中心到顶点距离： ，中心到面距离： ，中心到顶点距离：中心到面的距离=3：1.63a64a612a（2）全面积： ，体积： .（3）对棱距离： .221（4）棱面角： 或 ，面面角： 或 .3aicos6aicsn1aicos32aicn3E.几个重要结论的补充及应用结论 1 锥体平行截面性质锥体平行截面与锥体底面相似，且与底面积比等于两锥侧面积面积比，等于两锥全面积面积比，等于两锥对应线段（对应高、对应斜高、对应对角线、对应底边长）比的平方.结论 2 若圆锥母线长为 ，底面半径为 ，侧面展开图扇形圆心角为 ，则 .lr 2rl结论 3 若圆台母线长为 ，上、下底面半径分别为 、 ，侧面展开图扇环圆心角为 ，则rR.Rrl证明：设小圆锥母线长为 ，则有 . ，x2rrxrxrrlxlRlR .2()2rRrrxll应用1.一个圆锥的侧面积是底面积的 2 倍，则圆锥侧面展开图扇形的圆心角度数为 BA. B. C. D.20 180 240 302.一个圆锥的高是 10cm，侧面展开图是半圆，求圆锥的侧面积.解：设圆锥底面半径为 ，圆锥母线长为 ，则扇形弧长为 ， .在 中， ，有此得 ，rl2lr2lrRtSOA2210lr103r.圆锥侧面积为 .203l203Srl3.露露从纸上剪下一个圆形和一个扇形的纸片（如图） ，用它们恰好能围成一个圆锥模型，若圆的半径为 1扇形的圆心角等于 120，则此扇形的半径为 CA. B. C.3 D.6 64.圆台的上、下底面半径分别为 10cm 和 20cm，它的侧面展开图的扇环的圆心角是 ，那么180空间几何体的表面积与体积7圆台的表面积是多少？结果： .210cm5.圆锥母线长为 1，侧面展开图的圆心角为 ，则圆锥体积为 C240A. B. C. D.8815811086.若圆锥的侧面展开图是圆心角为 、半径为 的扇形，则这个圆锥的表面积与侧面积的比l是A. B. C. D. 3:22: 4:35:3结果：C.F.空间几何体体积求法例析A.公式法例 1 四棱锥 的顶点 在底面中的射影恰好是 ，PACDPA其三视图如图，则四棱锥 的体积为 .B解：根据三视图可已将四棱锥 的底面是边长为 的正方形，高为 ，aa利用锥体体积公式 .231PABCDVa点评：1.计算几何体体积需要区别锥体、柱体、台体、球体.它们的体积各自有不同的特征，注意准确运用体积公式.2.如果是只求体积，根据“长对正，宽相等，高平齐”分别求出几何体的底面积和高，直接计算体积即可，若几何体比较复杂或涉及面积等计算时，则需复原几何体（本几何体复原后的图形如图）.例 2 一个几何体的俯视图是一个圆，正视图和侧视图是全等的矩形，它们水平放置时（一边在水平位置上） ，它们的斜二测直观图是边长为 6 和 4 的平行四边形，则该几何体的体积为 .解：斜二测画法原则是“横长不变纵减半”.据此，正视图的长可能是 6 或 4，高是 8 或 12，而且是矩形.可见该几何体是圆柱体，底面直径可能是 6 或 4，高是 8 或 12.根据圆柱体体积公式， 或 .该几何体体积为 或 .2387V214V7248例 3 用一块长 3m，宽 2m 的矩形木板，在墙面互相垂直的墙角处，围出一个直三棱柱形谷仓，在下面的四种设计中，容积最大的是 A解：略.B.分割法例 4 已知一个多面体的表面积为 36，它的内切球的半径为 2，求该多面体的体积.解：设多面体有 个面，每个面的面积分别为 ，则 .多面体内切球的球心到多面体个个面的距离都等n12,nS1236nSS于球的半径 ，运用分割法，以内切球球心为顶点，多面体的每个面为底面，将多面体分割成 个棱锥，于是多面体的体积等于这个棱锥R n的体积和，即.111121()362433nVSSRS例 5 如图 3，在多面体 中，已知面 是边长为 3 的正方形，ABCDEFABCD， ， 与 面的距离为 2，则该多面体的体积为 ./EFAB2EFACa俯视图主视图 侧视图aBA C A4522223 33 3045 0BCDAP空间几何体的表面积与体积8解：取 、 边的中点 、 ，将多ABCDMN面体分割成斜三棱柱和四棱锥，利用三棱柱体积公式及四棱锥体积公式，不难求得多面体积： .131522V点评：本题中的几何体是不规则的，设法将几何体分割（或补）成规则的常见的几何体，是解题的关键，由于 ，并没有说明/EFAB的确切位置，因此可以将其位置特殊化，从而得到直三棱柱 和四棱锥 ，这是本题解法一个巧妙之处.ADE ADBMNFNCBC.补形法例 6 已知三棱柱的一个侧面面积为 ，相对的棱距离该侧面的S距离是 ，求证：该三棱柱的体积是 .h12Vh证明：设三棱柱 的侧面 的面积为 ，侧棱 到该侧面的距离为 .1ABC1ABS1Ch以三棱柱的侧面 为底面，将三棱柱补形得到四棱柱，如图.则四棱柱的高恰等于 .四棱1柱的体积为 ，它的一半，即为三棱柱的体积 .三棱柱的体积为 .VSh 2VSh12VSh点评：本体的结论可以作为结论用.例 7 已知 、 、 两两互相垂直，且 、 、 的面积分别为 ，PABCPABCPB 21.5cm2 ，6 ，则过 、 、 、 四点的外接球的体积为 .cm2 2cm解： 、 、 两两互相垂直，则以它们为基础，补形成为一个长方体，长方体的对角线是外接球的直径.设三条棱长分别为ABC，则 ， ， ，解得 ， ， ， .从而 ， ， .,xyz3x4z12y12xyzx3y4z22()134r26r2r .3346Vrr点评：对于三条棱两两互相垂直或者 3 个侧面两两互相垂直的三棱柱以及正四面体或对棱分别相等的三棱锥，都可以补形成为长方体或者正方体，它们有共同的外接球，外接球的直径正好是长方体或正方体的体对角线，这样就很容易将球体和三棱锥联系起来.D.特殊化法例 8 如图，直三棱柱 体积为 ，点 、 分别在侧1ABCVPQ棱 、 上， ，则四棱锥 的体积为 .1A1PDQAD解：将条件 特殊化，使得 和 重合， 和 重合，四棱锥 就1 1AQBAPD变成三棱锥 ，它和直三棱柱等底等高，四棱锥 的体积等于 .1BA BP13ShVE.等体积转化（变换角度）例 9 如图，在长方体 中，如果分别过 、 的 2 个平行平面将长方体分1ACDBC1ADHM1B1 1CA1NGQP1BD1DA1ABABCD11B1 CDFEMNCFE空间几何体的表面积与体积9成体积相等的 3 部分，那么 .1CND解：将长方体站立放置，从而更容易观察到相关的几何体分别是直三棱柱、直四棱柱、直三棱柱.长方体被分成体积相等的三部分，即 .由于111DHAGDNCHAMBGNCBVV它们的等高且等体积，底面积也相等，就是说 ，1SS即 ， ， .112AGBA2GB12CN例 10 如图，已知 、 分别是棱长为 的正方体 的EFa1ABD棱 、 的中点，求三棱锥 的体积.1C1EF解： .111332CBEFCBFVSAa点评：在三棱锥求体积问题中，变换角度就是换顶点、换底面，它是计算三棱锥体积问题长见的转化策略之一，它的基本依据是变换前后等体积.转换的标准是相应的底面和高是否容易求解.显然本题直接按照题中所给的角度或者转换成三棱锥都不便于求底面和高.练习：1.正六棱锥 中， 为 的中点，则三棱锥 与三棱锥 体积之比为 PABDEFGPBDGACPGACCA. B. C. D.:1:2:13:22.如图，在多面体 中，已知 是边长为 1 的正AC方形，且 、 均为正三角形， ， ，DEF /EFB2则该多面体的体积为 AA. B.C. D.334323.某几何体的三视图如下，根据图中标出的尺寸（单位：cm） ，则这个几何体的体积是 BA. B.C. D.340cm380c320cm340c4.一个棱锥的三视图如图，则该棱锥的表面积为 AA. B. C. D.81246162EF1BD1CA侧侧侧侧侧侧侧侧侧 64336634620 202020侧视图1010俯视图正视图空间几何体的表面积与体积105.若正方体外接球的体积是 ，则正方体的棱长为32A. B. C. D.22443选D7.如图，已知多面体 ， ， ， 两两垂直，平面 平面 ，平面AEFGABC/ABCDEFG平面 ， ， ，则该多面体的体积为/BEFG21A.2 B.4 C.6 D.89.一个长方体的某 3 个面的面积分别是 ， ， .则这个长方体的体积是 .3610.设等边三角形 的边长为 ， 是 内的任意一点，且 到三边 ， ，AaPAB PABC的距离分别为 ， ， ，则有 为定值 ；由以上平面图形的特性类比空间图形：CA1d23123d2设正四面体 的棱长为 ， 是正四面体 内的任意一点，且 到四个面的距离分别为 ，BDaCD1d， ， ，则有 为定值是 . 结果： .2d341234dd6311.某球的外切圆台上下底面半径分别为 ， ，则该球的体积是 .rR12.在三棱锥 中， ， ，则该三棱