资源简介 (共61张PPT)4.5 几种简单几何体的表面积和体积 第4章 立体几何初步学习目标1.了解柱体、锥体、台体、球的表面积与体积的计算公式.2.理解并掌握侧面展开图与几何体的表面积之间的关系,并能利用计算公式求几何体的表面积与体积,培养直观想象及数学运算核心素养.新知形成知识点一 几种简单几何体的侧面展开图与侧面积知识梳理几何体 直观图 侧面展开图 侧面积直棱柱 S直棱柱侧=_____.(其中C为直棱柱的底面周长,h为直棱柱的高)正棱锥 S正棱锥侧=_______.(其中C为正棱锥的底面周长,h'为侧面等腰三角形的高)正棱台 S正棱台侧=____________.(其中C,C'为棱台两底面的周长,h'为棱台侧面的高)Ch几何体 直观图 侧面展开图 侧面积圆柱 S侧=Ch=2πrl圆锥 圆台 知识点二 锥体、台体、柱体的高 定义 图示锥体的高 锥体(棱锥、圆锥)的顶点到底面的距离 ______为棱锥P-ABCD的高台体或柱体的高 台体(棱台、圆台)或柱体(棱柱、圆柱)的两底面之间的距离 ________为棱台ABCD-A'B'C'D'的高POOO'知识点三 几种简单几何体的体积几何体 体积柱体 V柱=_____.(其中S为柱体的底面积,h为棱柱的高)锥体 V锥=_____.(其中S为锥体的底面积,h为锥体的高)台体 V台=_______________.(其中S',S分别为台体的上、下底面积,h为台体的高)圆柱 V圆柱=Sh=πr2h(圆柱底面圆的半径为r,面积为S,高为h)圆锥圆台Sh点拨 1.柱体和锥体可以看作“特殊”的台体,它们的体积公式之间的关系如下:2.圆柱、圆锥、圆台的体积公式的关系4πR21.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)棱台的侧面展开图是由若干个等腰梯形组成的. ( )(2)沿不同的棱将多面体展开,得到的展开图相同,表面积相等. ( )(3)锥体的体积等于底面面积与高之积. ( )(4)球面被经过球心的平面截得的圆的半径等于球的半径. ( )(5)球的体积之比等于半径比的平方. ( )自主检测×××√×√√4.如果三个球的半径之比是1∶2∶3,那么最大球的表面积是其余两个球的表面积之和的_______倍.返回合作探究典例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其表面积.规律方法典例2求几何体体积的常用方法规律方法√对点练3.我国古代名著《张丘建算经》中记载:“今有方锥下广二丈,高三丈,欲斩末为方亭,令上方六尺,问亭方几何?”大致意思是:有一个正四棱锥的下底边长为二丈,高三丈,现从上面截去一段,使之成为正四棱台状方亭,且正四棱台的上底边长为六尺,则该正四棱台的体积是(注:1丈=10尺)A.1 946立方尺 B.3 892立方尺C.7 784立方尺 D.11 676立方尺√典例3球的体积与表面积的求法及其注意事项1.要求球的体积或表面积,必须知道半径R或者通过条件能求出半径R,然后代入体积或表面积公式求解.2.半径和球心是球的最关键要素,把握住了这两点,计算球的表面积或体积的相关题目也就易如反掌了.规律方法√典例46或54规律方法规律方法对点练5.鲁班锁是中国传统的智力玩具,起源于中国古代建筑中首创的榫卯结构,它的外观是如图所示的十字立方体,其上下、左右、前后完全对称,六根完全一样的正四棱柱体分成三组,经90°榫卯起来.若正四棱柱的高为8,底面正方形的边长为2,现将该鲁班锁放进一个球形容器内,则该球形容器(容器壁的厚度忽略不计)的体积的最小值为__________.返回随堂评价√√3.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-A1B1C1D1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,AA1= 4 cm.3D打印所用原料密度为0.9 g/cm3.不考虑打印损耗,制作该模型所需原料的质量为_______g.118.8返回课时分层1.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.24C.28 D.32√√√√√6.如图,长方体ABCD-A1B1C1D1的体积是120,E为CC1的中点,则三棱锥E-BCD的体积是_______.10√12.一块边长为10 cm的正方形铁片按如图所示的阴影部分裁下,然后用余下的四个全等的等腰三角形作侧面,以它们的公共顶点P为顶点,加工成一个如图所示的正四棱锥形容器.当x=6 cm时,该容器的容积为______cm3.48返回4.5 几种简单几何体的表面积和体积学习目标 1.了解柱体、锥体、台体、球的表面积与体积的计算公式. 2.理解并掌握侧面展开图与几何体的表面积之间的关系,并能利用计算公式求几何体的表面积与体积,培养直观想象及数学运算核心素养.知识点一 几种简单几何体的侧面展开图与侧面积几何体 直观图 侧面展开图 侧面积直棱柱 S直棱柱侧=Ch. (其中C为直棱柱的底面周长,h为直棱柱的高)正棱锥 S正棱锥侧=Ch'. (其中C为正棱锥的底面周长,h'为侧面等腰三角形的高)正棱台 S正棱台侧=(C+C')h'.(其中C,C'为棱台两底面的周长,h'为棱台侧面的高)圆柱 S侧=Ch=2πrl圆锥 S侧=Cl=πrl圆台 S侧=(C+C')l=π(r'+r)l学生用书 第120页[点拨] 1.正棱柱、正棱锥、正棱台的侧面积公式之间的关系当正棱台的上底面与下底面全等时,得到正棱柱;当正棱台的上底面缩为一个点时,得到正棱锥.由此可得:S正棱柱侧=ChS正棱台侧=(C+C')h'S正棱锥侧=Ch'(其中C'、C为底面周长,h为高,h'为斜高).2.圆柱、圆锥、圆台的表面积公式的关系知识点二 锥体、台体、柱体的高定义 图示锥体的高 锥体(棱锥、圆锥)的顶点到底面的距离 PO为棱锥P-ABCD的高台体或柱 体的高 台体(棱台、圆台)或柱体(棱柱、圆柱)的两底面之间的距离 OO'为棱台ABCD-A'B'C'D'的高知识点三 几种简单几何体的体积几何体 体积柱体 V柱=Sh.(其中S为柱体的底面积,h为棱柱的高)锥体 V锥=Sh.(其中S为锥体的底面积,h为锥体的高)台体 V台=(S++S')h.(其中S',S分别为台体的上、下底面积,h为台体的高)圆柱 V圆柱=Sh=πr2h(圆柱底面圆的半径为r,面积为S,高为h)圆锥 V圆锥=Sh=πr2h(圆锥底面圆的半径为r,面积为S,高为h)圆台 V圆台=h(S++S')=πh(r2+rr'+r'2)(圆台上底面圆的半径为r',面积为S',下底面圆的半径为r,面积为S,高为h)[点拨] 1.柱体和锥体可以看作“特殊”的台体,它们的体积公式之间的关系如下:2.圆柱、圆锥、圆台的体积公式的关系知识点四 球的表面积与体积若球的半径为R,则(1)S球=4πR2;(2)V球=πR3.[点拨] 由公式来看,球的表面积和体积是由半径R唯一确定,是以R为自变量的函数.知识点五 几个与球有关的切、接常用结论1.设正方体的棱长为a,球的半径为R.(1)若球为正方体的外接球,则2R=a;(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=a.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=.3.正四面体的外接球与内切球的半径之比为3∶1.学生用书 第121页1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)棱台的侧面展开图是由若干个等腰梯形组成的.( )(2)沿不同的棱将多面体展开,得到的展开图相同,表面积相等.( )(3)锥体的体积等于底面面积与高之积.( )(4)球面被经过球心的平面截得的圆的半径等于球的半径.( )(5)球的体积之比等于半径比的平方.( )答案:(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)×2.正三棱锥的所有棱长均为a,则该三棱锥的表面积为( )A.3a2 B.2a2C.a2 D.4a2答案:C解析:S=4××a×a=a2.3.把球的表面积扩大到原来的2倍,那么体积扩大到原来的( )A.2倍 B.2倍C.倍 D.3倍答案:B解析:设原球的半径为R,表面积扩大2倍,则半径扩大倍,体积扩大2倍.4.如果三个球的半径之比是1∶2∶3,那么最大球的表面积是其余两个球的表面积之和的 倍.答案:解析:设小球半径为1,则大球的表面积S大=36π,S小+S中=20π,==.探究点一 棱柱、棱锥和棱台的侧面积和表面积已知正四棱锥的底面是边长为4的正方形,高与斜高的夹角为30°,求正四棱锥的侧面积和表面积.解:如图所示的正四棱锥P ABCD,其中E为BC的中点.由题意可知OE=2,∠OPE=30°,所以PE==4,因此,正四棱锥的侧面积S侧=×4×4×4=32,正四棱锥的表面积S表=S侧+S底=32+4×4=48. 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其表面积.对点练1.已知正四棱台两底面边长分别为3和9.若棱台的侧面积等于两底面面积之和,求棱台的高.解:由题意知,棱台的两底面面积之和为S上底+S下底=32+92=90.设棱台的斜高为h斜,则(3+9)×h斜×4=90,所以h斜=,所以棱台的高为 =.探究点二 棱柱、棱锥、棱台的体积如图,在棱长为a的正方体ABCD A1B1C1D1中,M,N,P分别是棱A1B1,A1D1,A1A上的点,且满足A1M=MB1,A1N=2ND1,A1P=3AP,试求三棱锥A1 MNP的体积.解:==··A1M·A1N·A1P=··a·a·a=a3.学生用书 第122页求几何体体积的常用方法对点练2.如图,在正三棱柱ABC A1B1C1中,D为棱AA1的中点,若截面三角形BC1D是面积为6的直角三角形,则此三棱柱的体积为( )A.16 B.8C.4 D.答案:B解析:因为D为棱AA1的中点,所以BD=DC1.由题意,得BD·DC1=6,得BD=2,所以BC1=2,由进一步可得CC1=4,BC=2,所以三棱柱的体积为×2×2××4=8.对点练3.我国古代名著《张丘建算经》中记载:“今有方锥下广二丈,高三丈,欲斩末为方亭,令上方六尺,问亭方几何?”大致意思是:有一个正四棱锥的下底边长为二丈,高三丈,现从上面截去一段,使之成为正四棱台状方亭,且正四棱台的上底边长为六尺,则该正四棱台的体积是(注:1丈=10尺)( )A.1 946立方尺 B.3 892立方尺C.7 784立方尺 D.11 676立方尺答案:B解析:如图所示,用平行于平面ABCD的平面截四棱锥P ABCD后得到正四棱台ABCD A'B'C'D',设顶点P在平面ABCD、平面A'B'C'D'内的射影分别为O,O',过P作PH⊥AB于点H,PH交A'B'于点H',连接O'H',OH,则AB=20尺,A'B'=6尺,PO=30尺,则=,即=,解得OO'=21尺,所以该正四棱台的体积V=×21×(202+20×6+62)=3 892(立方尺),故选B.探究点三 球的表面积与体积用两个平行平面去截半径为R的球,两个截面圆的半径分别为r1=24 cm,r2=15 cm,两截面间的距离d=27 cm,求该球的表面积和体积.解:设垂直于两截面且过球心的圆面交两截面圆于A1B1,A2B2,球心为O,两截面圆的圆心分别为O1,O2,则O,O1,O2在同一条直线上,如图.设OO1=d1,OO2=d2,当两截面圆位于球心O的同一侧时,有又d1,d2,R均大于0,所以该方程组无解.当两截面圆位于球心O的两侧时,有解得R=25.所以S球=4πR2=2 500π(cm2),V球=πR3=×π×253=π(cm3).球的体积与表面积的求法及其注意事项1.要求球的体积或表面积,必须知道半径R或者通过条件能求出半径R,然后代入体积或表面积公式求解.2.半径和球心是球的最关键要素,把握住了这两点,计算球的表面积或体积的相关题目也就易如反掌了.对点练4.我国古代数学名著《九章算术》中“开立圆术”曰:置积尺数,以十六乘之,九而一,所得开立方除之,即立圆径.“开立圆术”相当于给出了已知球的体积V,求其直径d的一个近似公式d≈.如果球的半径为,根据“开立圆术”的方法求得的球的体积为( )A. B.C. D.答案:D解析:由题意,得r=,d=,所以≈ ,解得V=.探究点四 与球有关的切接问题已知四棱锥P ABCD的侧棱长都相等,且底面是边长为3的正方形,四棱锥的五个顶点都在直径为10的球面上,则四棱锥P ABCD的体积为 .答案:6或54解析:设球的半径为R.若球心O位于四棱锥的内部,如图,连接AC,BD交于点E,连接BO,则E在直线PO上,PO=BO=R,所以BE=BD==3,又R=5,所以OE===4,所以PE=R+OE=5+4=9,所以四棱锥的体积V=S四边形ABCD×PE=×18×9=54.若球心位于四棱锥的外部,则PE=R-OE=5-4=1,所以四棱锥的体积V=S四边形ABCD×PE=×18×1=6.综上,四棱锥P ABCD的体积为6或54.学生用书 第123页与球有关的切接问题的一般处理方法1.正方体的内切球球与正方体的六个面都相切,称球为正方体的内切球,此时球的半径为r1=,过在一个平面上的四个切点作截面如图(1).2.长方体的外接球长方体的八个顶点都在球面上,称球为长方体的外接球,根据球的定义可知,长方体的体对角线是球的直径,若长方体过同一顶点的三条棱长为a,b,c,过球心作长方体的对角线,则球的半径为r2=,如图(2).3.正四面体的外接球正四面体的棱长a与外接球半径R的关系为2R=a.对点练5.鲁班锁是中国传统的智力玩具,起源于中国古代建筑中首创的榫卯结构,它的外观是如图所示的十字立方体,其上下、左右、前后完全对称,六根完全一样的正四棱柱体分成三组,经90°榫卯起来.若正四棱柱的高为8,底面正方形的边长为2,现将该鲁班锁放进一个球形容器内,则该球形容器(容器壁的厚度忽略不计)的体积的最小值为 .答案:28π解析:本题可转化为求长、宽、高分别为8,4,2的长方体的外接球,由题意,该球形容器的半径最小为=,则该球形容器的体积的最小值为)3=28π.1.一个正方体的表面积与一个球的表面积相等,那么它们的体积比是( )A. B.C. D.答案:A解析:设正方体棱长为a,球半径为R,由6a2=4πR2得= ,所以===.2.已知高为3的棱柱ABC A1B1C1的底面是边长为1的正三角形,则三棱锥B1 ABC的体积为( )A. B.C. D.答案:D解析:因为S△ABC=×1×1×=,所以=·S△ABC·AA1=××3=.3.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 A1B1C1D1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,AA1=4 cm.3D打印所用原料密度为0.9 g/cm3.不考虑打印损耗,制作该模型所需原料的质量为 g.答案:118.8解析:由题易得长方体ABCD A1B1C1D1的体积为6×6×4=144(cm3),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BCC1B1面积的一半,即×6×4=12(cm2),所以V四棱锥O EFGH=×3×12=12(cm3),所以该模型的体积为144-12=132(cm3),所以制作该模型所需原料的质量为132×0.9=118.8(g).4.如图所示,在正三棱柱ABC-A1B1C1中,AB=3,AA1=4,M为AA1的中点,P是BC上一点,且由点P沿棱柱侧面过棱CC1到点M的线段中最短为,设这条最短路线与CC1的交点为N.求:(1)该三棱柱的侧面展开图的对角线长;(2)PC与NC的长.解:(1)三棱柱ABC-A1B1C1的侧面展开图是一个长为9,宽为4的矩形,其对角线长为=.(2)如图,将侧面BB1C1C展开,使其与侧面AA1C1C在同一平面上,延长MN交AC的延长线于P1,则MP1就是由点P沿棱柱侧面过棱CC1到点M的最短路线.设PC=x,则P1C=x.在Rt△MAP1中,(3+x)2+22=29,得x=2,所以PC=P1C=2.所以==,所以NC=.课时分层评价33 几种简单几何体的表面积和体积(时间:40分钟 满分:80分)(本栏目内容,在学生用书中以独立形式分册装订!)(1—8每小题5分,共40分)1.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.24C.28 D.32答案:C解析:设长方体底面矩形的长与宽分别为a,b,则ab=12.又由题意知×2=10,解得a=4,b=3或a=3,b=4.故长方体的侧面积为2×(4+3)×2=28.故选C.2.已知正四棱锥的底面边长是2,侧棱长是,则该正四棱锥的表面积为( )A. B.12C.8 D.4答案:B解析:如图所示,在正四棱锥S ABCD中,取BC中点E,连接SE,则△SBE为直角三角形,所以SE===2,所以表面积S=S正方形ABCD+4×S△SBC=2×2+4××2×2=12.故选B.3.若正三棱台上、下底面边长分别是a和2a,棱台的高为a,则此正三棱台的侧面积为( )A.a2 B.a2C.a2 D.a2答案:C解析:如图,O1,O分别为上、下底面的中心,D,D1分别是AC,A1C1的中点,过D1作D1E⊥OD于点E.在直角梯形ODD1O1中,OD=××2a=a,O1D1=××a=a,所以DE=OD-O1D1=a.在Rt△DED1中,D1E=a,则D1D== =a.所以S侧=3×(a+2a)a=a2.故选C.4.已知AB,CD是某一棱长为2的正方体展开图中的两条线段,则原正方体中几何体ABCD的表面积为( )A.2+4+2 B.2+2+2C.2+2+4 D.2+4+4答案:A解析:由所给正方体的展开图得到直观图,如图:则几何体ABCD为三棱锥,此三棱锥的表面积为:S△BCD+S△ABC+S△ADC+S△ABD=×2×2+×2×2+×2×2+×2×2×=2+4+2.故选A.5.如图,有一个水平放置的透明无盖的正方体容器,容器高8 cm,将一个球放在容器口,再向容器内注水,当球面恰好接触水面时测得水深为6 cm,如果不计容器的厚度,则球的体积为( )A. cm3 B. cm3C. cm3 D. cm3答案:A解析:设球的半径为R cm,根据已知条件,知正方体的上底面与球相交所得截面圆的半径为4 cm,球心到截面圆的距离为(R-2)cm,所以由42+(R-2)2=R2,得R=5,所以球的体积为V=πR3=π×53=(cm3).6.如图,长方体ABCD-A1B1C1D1的体积是120,E为CC1的中点,则三棱锥E-BCD的体积是 .答案:10解析:设长方体的长、宽、高分别为a,b,c,则长方体的体积为abc=120,三棱锥E-BCD的体积为S△BDC×c=×ab×c=abc=10.7.张衡(78年~139年)是中国东汉时期伟大的天文学家、文学家、数学家、地理学家,他的数学著作有《算罔论》,他曾经得出结论:圆周率的平方除以十六等于八分之五,已知正方体的外接球与内切球上各有一个动点A,B,若线段AB的最小值为-1,利用张衡的结论可得该正方体的内切球的表面积为 .答案:4解析:设正方体的棱长为a,正方体的内切球半径为r=,正方体的外接球半径R满足:R2=+,则R=a.由题意知R-r=a-=-1,则a=2,R=,r=1,该正方体的内切球的表面积为4π,因为圆周率的平方除以十六等于八分之五,即=,所以π=,所以内切球的表面积为4.8.一个长方体的过同一顶点的三个面的面积分别是,,,则这个长方体的体积为 ,表面积为 .答案: 2+2+2解析:设长方体的棱长分别为a,b,c,则三式相乘可知(abc)2=6,所以长方体的体积V=abc=,表面积为S=2+2+2.9.(15分)如图所示,正方体ABCD A1B1C1D1的棱长为a,求三棱锥A1 AB1D1的高.解:设三棱锥A1 AB1D1的高为h,则=h××(a)2=.又==a×a2=,所以=,所以h=a,所以三棱锥A1 AB1D1的高为a.10.(15分)如图,在三棱锥A-BCD中,三角形ABC和三角形BCD都是边长为2a的等边三角形,且AD=2a,若从AB的中点M沿着三棱锥表面到达CD的中点N,求最短路线的长.解:有四种展开形式:(1)沿AC把平面ABC和平面ACD展成一个平面图形,此时相对短的路线是线段MN.延长DC,与过点M且与AC平行的直线交于点P,PM与BC相交于点Q.因为M为AB的中点,所以Q为BC的中点,MQ=AC=a,QC=a,因为AC2+CD2=AD2,所以∠ACD=90°,又MP∥AC,所以∠QPC=90°.在Rt△QPC中,∠QCP=90°-60°=30°,PC=a,PQ=a.在Rt△ACD中,AD=2a,CD=2a,CN=a,在Rt△MPN中,MP=MQ+QP=a,PN=PC+CN=a.于是MN==a.(2)沿BD把平面ABD和平面BDC展成一个平面图形,与(1)类似可以推得MN= a.(3)沿BC把平面ABC和平面BDC展成一个平面图形,构成菱形ABDC,则MN∥BD,MN=BD,所以MN=2a.(4)沿AD把平面ACD和平面ABD展成一个平面图形,构成正方形ABDC,此时MN=2a.因为4+>4,所以a>2a.所以最短路线的长为2a.(11、12每小题5分,共10分)11.已知正方体ABCD A1B1C1D1的各棱长均为2,下列结论不正确的是( )A.该正方体外接球的直径为2B.该正方体内切球的表面积为4πC.若球O与正方体的各棱相切,则该球的半径为D.该正方体外接球的体积为4答案:D解析:若正方体的棱长为2,则:①若球为正方体的外接球,则外接球直径等于正方体体对角线长,即2R==2,故A正确,外接球体积为πR3=4π,故D错误;②若球为正方体的内切球,则内切球半径为棱长的一半,故R=1,球的表面积为4πR2=4π,故B正确;③若球与正方体的各棱相切,则球的直径等于正方形的对角线长,即2R==2,球的半径为R=,故C正确.12.一块边长为10 cm的正方形铁片按如图所示的阴影部分裁下,然后用余下的四个全等的等腰三角形作侧面,以它们的公共顶点P为顶点,加工成一个如图所示的正四棱锥形容器.当x=6 cm时,该容器的容积为 cm3.答案:48解析:如图所示,由题意可知,这个正四棱锥形容器的底面是以6 cm为边长的正方形,侧面的斜高PM=5 cm,高PO===4(cm),所以所求容积为V=×62×4=48(cm3). 展开更多...... 收起↑ 资源列表 湘教版高中数学必修第二册第4章立体几何初步4.5几种简单几何体的表面积和体积学案.docx 湘教版高中数学必修第二册第4章立体几何初步4.5几种简单几何体的表面积和体积课件.ppt