互动课堂(1.3空间几何体的表面积与体积).doc

或互动课堂疏导引导1.棱柱、棱锥、棱台的展开图与表面积(1)直棱柱的侧面展开图及侧面积直棱柱的侧面展开图是矩形，例如直六棱柱的展开图如图(1).直棱柱的侧面面积.设棱柱高为h，底面多边形的周长为c，则得到直棱柱侧面面积计算公式：S直棱柱侧面积=ch即直棱柱的侧面积等于它的底面周长和高的乘积.(2)正棱锥的侧面展开图及侧面积正棱锥的侧面展开图是一些全等的等腰三角形.例如正四棱锥的展开图如图(2).正棱锥的侧面积 设正棱锥底面正多边形的边长为a，底面周长为c，斜高为h，斜高为展开图中任一等腰三角形的高，则正n棱锥的侧面积的计算公式：S正棱锥侧=nah=ch即正棱锥的侧面积等于它的底面的周长和斜高乘积的一半.(3)正棱台的侧面展开图及侧面积正棱台的侧面展开图正n棱台的侧面展开图是n个全等的等腰梯形，例如：正四棱台的展开图如图(3).正棱台的侧面积 设正n棱台的上底面，下底面边长分别为a、a，对应周长分别为c、c，斜高(斜高为展开图中任一等腰梯形的高)为h,则正n棱台的侧面积公式:S正棱台侧=n(a+a)h= (c+c)h本结果也可以用求两个正棱锥侧面积之差的方法得出.(4)棱柱、棱锥、棱台的表面积棱柱、棱锥、棱台的表面积或全面积等于侧面积与底面积的和.疑难疏引 棱柱、棱锥和棱台的侧面积公式的内在联系必须明确，这样有利于认识这三个几何体的本质，也有利于区分这三个几何体.正棱柱、正棱锥和正棱台的侧面积公式之间的关系如下：案例1 直平行六面体的底面为菱形，过不相邻两条侧棱的截面面积分别为Q1、Q2，求它的侧面积.【探究】 要求此棱柱的侧面积，只要求它的底面边长与高即可解：设直平行六面体底面边长为a，侧棱长为l，如图S侧=4al，因过A1A、C1C与B1B、D1D的截面都为矩形，从而，则AC=，BD=，又ACBD，. .S侧=.【规律总结】 公式中的量求出来，但要注意平面几何知识及整体思想的运用.案例2 已知正四棱锥底面正方形的边长为4 cm，高与斜高夹角为35,则斜高为_；侧面积为_；全面积为_.(单位：精确到0.01)【探究】 如图，正四棱锥的高PO，斜高PE，底面边心距OE组成直角POE.OE=2 cm，OPE=35,斜高PE=3.49(cm),S正棱锥侧=ch=4427.92(cm2),S正棱锥全=42+27.92=43.92(cm2).【答案】 3.49 cm 27.92 cm2 43.92 cm2【规律总结】 主要通过正棱锥的高、斜高、底面边心距组成的直角三角形寻找到各量的关系，并求解.2.圆柱、圆锥、圆台的表面积(1)圆柱、圆锥、圆台的侧面展开图如图(2)圆柱、圆锥、圆台的侧面积和表面积.如果圆柱的底面半径为r，母线长为l，那么圆柱的底面面积为r2，侧面积为2rl.因此，圆柱的表面积.S=2r2+2rl=2r(r+l).如果圆锥的底面半径为r，母线长为l，那么它的侧面积为rl，表面积S=r2+rl=r(r+l).如果圆台的两底面半径分别为r、r，母线长为l，则侧面积为(r+r)l，表面积为S=(r2+r2+rl+rl).疑难疏引 圆柱、圆锥、圆台的侧面积分别是它们侧面展开图的面积，因此弄清侧面展开图的形状及侧面展开图中各线段与原旋转体的关系，是掌握它们的侧面积公式及解有关问题的关键.案例3 如图所示几何体是一棱长为4 cm的正方体，若在它的各个面的中心位置上，各打一个直径为2 cm、深为1 cm的圆柱形的孔，求打孔后几何体的表面积是多少?(=314)【探究】 因为正方体的棱长为4 cm，而孔深只有1 cm，所以正方体没有被打透这样一来打孔后所得几何体的表面积，等于原来正方体的表面积，再加上六个完全一样的圆柱的侧面积，这六个圆柱的高为1 cm，底面圆的半径为1 cm解：正方体的表面积为166=96(cm2)，一个圆柱的侧面积为211=628(cm2)，几何体的表面积为96+6286=13368(cm2)【答案】 几何体的表面积为13368 cm2【规律总结】 1.求几何体的表面积问题，通常将所给几何体分成基本的柱、锥、台，再通过这些基本柱、锥、台的表面积，进行求和或作差，从而获得几何体的表面积2.本题中将几何体的表面积表达为正方体的表面积与六个圆柱侧面积的和是非常有创意的想法，如果忽略正方体没有被打透这一点，思考就会变得复杂，当然结果也会是错误的3.柱、锥、台体的体积(1)棱柱和圆柱的体积公式柱体(棱柱、圆柱)的体积等于它的底面积S和高h的积.即V柱体=Sh底面半径是r，高是h的圆柱体的体积的计算公式是V圆柱=r2h(2)棱锥和圆锥的体积公式锥体(棱锥、圆锥)的体积等于它的底面积S和高h的积的.即V锥体=Sh如果圆锥的底面半径是r，高是h，则它的体积是 V圆锥=r2h(3)棱台和圆台的体积V台体=h(S+S)其中S，S分别为上、下底面面积，h为圆台(棱台)高.V圆台=h(r2+rr+r2)其中r，r分别为上、下底面半径，h为圆台高.(4)柱体、锥体、台体的体积公式之间的关系：(5)计算柱体、锥体和台体的体积,关键是根据条件找出相应的底面面积和高，要充分运用多面体的有关截面及旋转体的轴截面，将空间问题转化为平面问题.疑难疏引 在推导棱锥的体积公式时，是将三棱柱分成三个三棱锥，这三个三棱锥变换它们的底面和顶点，可以得到它们两两之间等底面积、等高，因此它们的体积相等，都等于三棱柱体积的三分之一，在这个过程中一是运用了等体积转换的方法，二是运用了割补法，这些方法在今后解题时要灵活运用.案例4 如图是一个底面直径为20 cm的装有一部分水的圆柱形玻璃杯，水中放着一个底面直径为6 cm，高为20 cm的一个圆锥形铅锤，当铅锤从水中取出后，杯里的水将下降几厘米？(=314)【探究】 因为玻璃杯是圆柱形的，所以铅锤取出后，水面下降部分实际是一个小圆柱，这个圆柱的底面与玻璃杯的底面一样，是一直径为20 cm的圆，它的体积正好等于圆锥形铅锤的体积，这个小圆柱的高就是水面下降的高度因为圆锥形铅锤的体积为()220=60(cm3)，设水面下降的高度为x，则小圆柱的体积为(202)2x=100x(cm3)所以有60=100x，解此方程得x=06(cm)答：铅锤取出后，杯中水面下降了0.6 cm.【规律总结】 根据题意，发现下降的水的体积应该等于取出的圆锥形铅锤的体积，这是解决问题的关键，利用圆柱与圆锥的体积公式建立方程，这当中应注意下降部分水柱的底面与玻璃的底面是相同的4.球的表面积和体积(1)球的表面积球面不能展开成平面，要用其他方法求它的面积.球的表面积设球的半径为R，则球的表面积公式S球=4R2即球面面积等于它的大圆面积的四倍.(2)球的体积设球的半径为R，它的体积只与半径R有关，是以R为自变量的函数.球的体积公式为V球=R3疑难疏引 与球有关的组合体问题，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.案例5 在球内有相距1 cm的两个平行截面，截面面积分别是5 cm2和8 cm2，球心不在截面之间，求球面的面积【探究】 已知截面面积,也就能求出截面半径要求球的面积,只要求出球的半径即可设球的半径为R,利用几何关系,容易得到球心到两截面的距离分别为和,由于球心不在截面之间,即两截面在同一侧,故这两个距离相减即得到两平面之间距离如图，圆O是球的大圆，A1B1、A2B2分别是两条平行于截面圆的直径，过O作OC1A1B1于C1，交A2B2于C2由于A1B1A2B2，所以OC2A2B2由圆的性质可得，C1和C2分别是A1B1和A2B2的中点设两平行平面的半径分别为r1和r2，且r1r2，依题意r12=5，r22=8，r12=5，r22=8OA1和OA2都是球的半径R，解这个方程得R2=9，S球=4R2=36(cm2)球的表面积是36 cm2【规律总结】 对于和球有关的问题，通常可以在轴截面中建立关系，画出轴截面案例6 如图所示棱锥PABCD中，底面ABCD是正方形，边长为a，PD=a，PA=PC=，且PD是四棱锥的高(1)在这个四棱锥中放入一个球，求球的最大半径；(2)求四棱锥外接球的半径【探究】 (1)当所放的球与四棱锥各面都相切时球的半径最大，即球心到各个面的距离均相等，联想到用体积法求解(2)四棱锥的外接球的球心到P、A、B、C、D五点的距离均为半径，只要找出球心的位置即可在RtPDB中，斜边PB的中点为F，则PF=FB=FD，只要证明FA=FC=FP即可解：(1)设此球半径为R，最大的球应与四棱锥各个面都相切，设球心为S，连结SA、SB、SC、SD、SP，则把此四棱锥分为五个棱锥，设它们的高均为RVPABCD=SABCDPD=aaa=a3，SPAD=SPDC=aa=a2，SPAB=SPBC=a=，=a2VPABCD=VSPDA+VSPDC+VSABCD+VSPAB+VSPBC,R(SPAD+SPDC+SPAB+SPBC+SABCD),所以，,即球的最大半径为(2)设PB的中点为F因为在RtPDB中，FP=FB=FD，在RtPAB中，FA=FP=FB，在RtPBC中，FP=FB=FC，所以FP=FB=FA=FC=FD所以F为四棱锥外接球的球心，则FP为外接球的半径因为FB=PB，所以FB=.所以四棱锥外接球的半径为【规律总结】 (1)“内切”和“外接”等有关问题，首先要弄清几何体之间的相互关系，主要是指特殊的点、线、面之间的关系，然后把相关的元素放到这些关系中解决问题，例如本例中球内切于四棱锥时，球与四棱锥的五个面相切，即球心到五个面的距离相等(2)求体积或运用体积解决问题时，经常使用等积变换，即把一个几何体割补成其他几个几何体的和或差活学巧用1.正三棱柱ABCA1B1C1的底面正ABC的外接圆半径为,它的侧棱长为8,求正三棱柱的侧面积.解析：设底面正ABC的中心为O,其边长为a,则,a=4,S侧=ch=3ah=348=96.2.长方体的高为2,底面积等于12,过不相邻两侧棱的截面(对角面)的面积为10,则此长方体的侧面积为( )A.12 B.24 C.28 D.32解析:设长方体底面的矩形的两边长分别为x、y，则得或,S侧=ch=(23+24)2=28.答案：C3.一个棱锥的侧面积为Q，平行于底面的截面分高所成的比为12，则此截面截得的棱台的侧面积为( )A. B. C. D.解析：如图，设O为底面ABC的中心，连接PO交截面A1B1C1于O1，则O1为A1B1C1的中心，由平面A1B1C1平面ABC，可知A1B1AB，A1C1AC，B1C1BC，A1O1AO.由,根据比例的性质：.又,.即：，.答案：B4.若正三棱锥的斜高是棱锥高的倍，则正棱锥的侧面积是底面积的( )A.倍 B.2倍 C.倍 D.3倍解析：设正三棱锥的高为h，底面正三角形边长为a，则斜高为.由条件知，h=.S侧=ch=3a,S底=，S侧=2S底.答案：B5.一个正三棱台的上、下底面边长分别是3 cm和6 cm，高是cm.(1)求三棱台的斜高；(2)求三棱台的侧面积与表面积.解析：(1)设O1、O分别为正三棱台ABCA1B1C1的上、下底面正三角形的中心，如图，则O1O=，过O1作O1D1B1C1，ODBC，则D1D为斜高；过D1作D1EAD于E，则D1E=O1O=因O1D1=，则DE=OD-O1D1=，在RtD1DE中，(2)S侧=(C+C)h=(33+36)= (cm2),S表=S侧+S上+S下= (cm2)，三棱台斜高为 cm，侧面积为 cm2，表面积为 cm2.6.设一个圆锥与一个圆柱的底面半径及高都对应相等，它们的侧面积分别为S1，S2，则必有( )A.S1S2 D.以上情况均有可能解析：设它们的高是h，底面半径r，则S1=r()，S2=2rh,.当r2=3h2时，S1=S2；当r23h2时，S1S2；当r23h2时，S1S2.答案：D7.半径为15 cm，圆心角为216的扇形围成圆锥的侧面，则圆锥的高是( )A.14 cm B.12 cm C.10 cm D.8 cm解析：设圆锥的底面半径为r，则360=216,解得r=9,圆锥的高是=12(cm).答案：B8.正四棱柱的对角线长为3 cm,它的全面积为16 cm2,求它的体积.解析:设正四棱柱的底面边长为a cm,高为h cm,则,或V=a2h=41=4或V=a2h=.9.求每条棱长都等于a的三棱锥的体积.解析:设三棱锥SABC每条棱长都为a，则棱锥SABC为正三棱锥，如图，令SO为正三棱锥的高，BO=,.而S底=，V锥=.10.设圆台的高为3，如图，在轴截面中母线AA1与底面圆直径AB的夹角为60,轴截面中的一条对角线垂直于腰，求圆台的体积.解析：作轴截面A1ABB1，设上、下底面半径，母线长分别为r、R、l.作A1DAB于D，则A1D=3，A1AB=60.又BA1A=90，BA1D=60.AD=A1Dcot60，R-r=3.R-r=.BD=A1Dtan60R+r=3.R+r=.R=,r=而h=3V圆台=h(R2+Rr+r2)=3=21圆台的体积为21.11.一个正四面体的所有棱长都为2，四个顶点在同一个球面上，则此球的表面积为( )A.3 B.4 C. D.6解析：以四面体的棱长为正方体的面对角线构造正方体，则正方体内接于球，正方体棱长为1，则对角线长等于球的直径，即2R=，所以S球=4R2=3.答案：A点评：根据四面体内接于球且棱长相等，巧妙构造连接四面体和球的中间桥梁，即正方体，利用正方体对角线得出球的半径，进一步获得球的表面积12.已知某球体的体积与其表面积的数值相等，则此球体的半径为_.解析：设球的半径为r，依题意有r3=4r2，解得r=3.答案：313.(2004江苏高考，4) 一平面截一球得到直径是6 cm的圆面，球心到这个平面的距离是4 cm，则该球的体积是( )A. B. C. D.解析：本题主要考查球的概念与性质，以及面积、体积的计算等基本知识. 根据球的截面性质，截面小圆圆心与球心的连线与截面垂直，因此球心到截面距离、小圆半径与球的半径构成直角三角形.