简单几何体的表面积和体积(含答案)
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简单几何体的表面积和体积
[基础知识]
1.旋转体的侧面积
名称
圆柱
圆锥
圆台
侧面积:S
侧
=________
侧面积:S
侧
=______
图形 侧面积公式
侧面积:S
侧
=______
2.直棱柱、正棱锥、正棱台的侧面积
S
直棱柱侧
=______(c为底面周长,h为高)
S
正棱锥侧
=______(c为底面周长,h′为斜高)
1
S
正
棱台侧
=(c+c′)h′(c′,c分别为上、下底面周长,h′为斜高)
2
3.体积公式
(1)柱体:柱体的底面面积为S,高为h,则V=____.(2
)锥体:锥体的底面面积为S,高为h,则V=_____
1
(3)台体:台体的上、下底面
面积分别为S′、S,高为h,则V=(S′+S′S+S)h.
3
[基础练习]
1.用长为4、宽为2的矩形做侧面围成一个高为2的圆柱,此圆柱的轴截面面积为( )
842
A.8 B. C. D.
πππ
2.一个圆柱的侧面展开图是一个正方形,则这个圆柱的全面积与侧面积的比为( )
1+2π1+4π1+2π1+4π
A. B. C.
D.
2π4ππ
2π
3.中心角为135°,面积为B的扇形围成一个圆锥,若圆锥
的全面积为A,则A∶B等于( )
A.11∶8 B.3∶8
C.8∶3 D.13∶8
4.已知直角三角形的两直角边长为a、b,分别以这两条
直角边所在直线为轴,旋转所形成的几何体的体
积之比为( )
A.a∶b
B.b∶a C.a
2
∶b
2
D.b
2
∶a
2
5.有一个几何体的三视图及其尺寸如图(单位:cm),则该几何体的表面积和体积分别为( )
A.24π cm12π cm B.15π cm12π cm
C.24π cm36π cm D.以上都不正确
6.三视图如图所示的几何体的全面积是( )
113
A.7+2
B.+2 C.7+3 D.
22
[典型例题]
例1. 如图,E、F分别为正方形ABCD的边BC、CD的中
点,沿图中虚线
2,32,32,3
将边长为2的正方形折起来,围成一个三棱锥,求此三棱锥
的体积.
练1.如图,在正三棱柱ABC-A
1B
1
C
1
中,D为棱AA
1
的中点,若截面△BC1
D是面积为6
的直角三角形,则此三棱柱的体积为________.
例2. 已知五棱台的上、下底面均是正五边形,边长分别是8 cm和18
cm,侧面是全等的等腰梯形,侧棱
长是13 cm,求它的侧面积.
2
练2. 圆台上底的面积为16π cm,下底半径为6 cm,母线长为10
cm,那么,圆台的侧面积和体积各是
多少?
例3. 如图所示,为了制作一个圆柱形灯笼,先要制作4个全等的矩形骨架,总计耗用9.
6
米铁丝,再用S平方米塑料片制成圆柱的侧面和下底面(不安装上底面).
(1)当圆柱底面半径r取何值时,S取得最大值?并求出该最大值(结果精确到0.01平方米);
(2)若要制作一个如图放置的、底面半径为0.3米的灯笼,请作出用于制作灯笼的三视图(作
图时,
不需考虑骨架等因素).
练3.
圆柱形容器内盛有高度为8 cm的水,若放入三个相同的球(球的半径与圆柱的底面半径相
同)后,水
恰好淹没最上面的球(如图所示),则球的半径是______cm.
例4.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r的铁球,并注入水,使
水面与
球正好相切,然后将球取出,求这时容器中水的深度.
练4. 如图所示,一个圆锥形的空杯子上放着一个直径为8 cm的半球形的冰淇淋,请你
设计一种这样的圆
锥形杯子(杯口直径等于半球形的冰淇淋的直径,杯子壁厚忽略不计),使冰淇淋融化
后不会溢出杯子,怎
样设计最省材料?
简单几何体的表面积和体积活页作业
一、选择题
1.圆柱的侧面展开图是一个边长为6π和4π的矩形,则圆柱的全面积为(
)
A.6π(4π+3) B.8π(3π+1) C.6π(4π+3)或8π(3π+1)
D.6π(4π+1)或8π(3π+2)
1
2.正棱锥的高缩小为原来的,底面外接圆半径
扩大为原来的3倍,则它的体积是原来体积的( )
2
3939
A.
B. C. D.
2244
3.用与球心距离为1的平面去截球,所得的截面面积为π,则球的体积为( )
8π82π32π
A. B. C.82π
D.
333
4.如图是一个几何体的三视图,根据图中的数据可得该几何体的表面积为(
)
A.18π B.30π C.33π
D.40π
5.(2011·福州质检)某几何体的三视图如图所示,则该几何体的体积等于( )
28164
A.
π B.π
C.π+8 D.12π
333
6.将边长为a的正方形ABCD沿对角线
AC折起,使BD=a,则三棱锥D-ABC的体积为( )
a
3
a
3
32
A. B.
C.a
3
D.a
3
6121212
7.圆台上、下底面面积分别是π、4π,侧面积是6π,这个圆台的体积是(
)
23
A.
π
3
73
B.23π
C.π
6
73
D.π
3
32
π,那么这个三棱柱
的体
3
8.一个球与一个正三棱柱的三个侧面和两个底面都相切,已知这个球的体积是
积是( )
A.963 B.163 C.243 D.483
二、填空题
9.如图,已知正方体ABCD-A
1
B
1
C
1
D
1
的棱长为2,O为底面正方形ABCD的中心,
则三棱锥B
1
-BCO的体积为________.
10.如图是某几何体的三视图,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________.
11.已知球O的表面上四点A、B、C、D,DA⊥平面ABC,AB⊥BC,
DA=AB=BC=3,则球O的体积等于________.
12. 如图所示是一个几何
体的三视图,根据图中标出的尺寸(单位:cm),可得该
几何体的表面积为________cm2
.
三、解答题
13.如图所示,以圆柱的下底面为底面,并
以圆柱的上底面圆心为顶点作圆锥,则该圆锥
与圆柱等底等高.若圆锥的轴截面是一个正三角形,求圆柱
的侧面积与圆锥的侧面积之比.
14如图,如图所示的三
个图中,上面的是一个长方体截去一个角所得多面体的直观图,
它的正视图和侧视图在下面画出(单位:
cm).
(1)在正视图下面,按照画三视图的要求画出该多面体的俯视图;
(2)按照给出的尺寸,求该多面体的体
6π
15.有一个圆锥的侧面展开图是一个半径为5、圆心角为的扇形,
在这个圆锥中内接一个高为x的圆柱.(1)
5
求圆锥的体积.(2)当x为何值时,圆柱的侧
面积最大?
16.如图所示,从三棱锥P-ABC的顶点P沿着三条侧棱PA、P
B、PC剪开成平面图形得到△P
1
P
2
P
3
,且
P
2
P
1
=P
2
P
3
.
(1)在三棱锥P-ABC中,求证:PA⊥BC.(2)若P
1
P
2
=
26,P
1
P
3
=20,求三棱锥P-ABC的体积.
简单几何体的表面积和体积答案
[基础知识]
1.旋转体的侧面积
名称
圆柱
圆锥
圆台
侧面积:S
侧
=________
侧面积:S
侧
=______
图形 侧面积公式
侧面积:S
侧
=______
2.直棱柱、正棱锥、正棱台的侧面积
S
直棱柱侧
=______(c为底面周长,h为高)
S
正棱锥侧
=______(c为底面周长,h′为斜高)
1
S
正
棱台侧
=(c+c′)h′(c′,c分别为上、下底面周长,h′为斜高)
2
3.体积公式
(1)柱体:柱体的底面面积为S,高为h,则V=____.(2
)锥体:锥体的底面面积为S,高为h,则V=_____
1
(3)台体:台体的上、下底面
面积分别为S′、S,高为h,则V=(S′+S′S+S)h.
3
答案:1.
名称 图形 侧面积公式
圆柱
圆锥
圆台
侧面积:S
侧
=π(r
1
+r
2
)l
侧面积:S
侧
=πrl
侧面积:S
侧
=2πrl
11
2.ch ch′ 3.(1)Sh (2)Sh
23
[基础练习]
1.用长为4、宽为2的矩形做侧面围成一个高为2的圆柱,此圆柱的轴截面面积为( )
842
A.8 B. C. D.
πππ
2.一个圆柱的侧面展开图是一个正方形,则这个圆柱的全面积与侧面积的比为( )
1+2π1+4π
A. B.
2π4π
1+2π1+4π
C. D.
π2π
3.中心角为135°,面积为B的扇形围成一个圆锥,若圆锥的全面积为A,则A∶B等于(
)
A.11∶8 B.3∶8 C.8∶3 D.13∶8
4.已知直角三角形的两直角边长为a、b,分别以这两条直角边所在直线为轴,旋转所形成的几何体<
br>的体积之比为( )
A.a∶b B.b∶a
C.a
2
∶b
2
D.b
2
∶a
2
5.有一个几何体的三视图及其尺寸如图(单位:cm),则该几何体的表面积和体积分别为( )
A.24π cm12π cm B.15π cm12π
cm
C.24π cm
2,
36π cm
3
D.以上都不正确
6.三视图如图所示的几何体的全面积是( )
2,32,3
11
A.7+2 B.+2
2
3
C.7+3 D.
2
答案:
4
1.B [易知2πr=4,则2r=,
π
48
所以轴截面面积=×2=.]
ππ
222
1+2π
2.A
[设底面半径为r,侧面积=4πr,全面积为=2πr+4πr,其比为:.]
2π
22
3.A [设圆锥的底面半径为r,母线长为l,
38
则2πr=
πl,则l=
r,所以
43
8118A=
πr
2
+πr
2
=
πr
2
,B=
πr
2
,
333
得A∶B=11∶8.]
1
4.B [以长为a的直角边所在直线旋转得到圆锥体积V=
πb
2
a,以长为b的直角边所在直线旋转得
3
1
到圆锥体积V=
πa
2
b.]
3
5.A
[该几何体是底面半径为3,母线长为5的圆锥,易得高为4,表面积和体积分别为24π
cm
2
,
12π cm
3
.]
6.A [图中的几何体可
看成是一个底面为直角梯形的直棱柱.直角梯形的上底为1,下底为2,高为
1
1,棱柱的高为
1.可求得直角梯形的四条边的长度为1,1,2,2,表面积S
表面
=2S
底
+S
侧面
=(1+2)×1×2
2
+(1+1+2+2)×1=7+2.]
[典型例题]
例1. 如图,E、F分别为正方形ABCD的边BC、CD的中点,沿图中虚
线将边长为2的正
方形折起来,围成一个三棱锥,求此三棱锥的体积.
解析:折叠起来后,B
、D、C三点重合为S点,则围成的三棱锥为S-AEF,这时SA
111
⊥SE,SA⊥SF
,SE⊥SF,且SA=2,SE=SF=1,所以此三棱锥的体积V=··1·1·2=.
323
练1. (2011·昆山模拟)如图,在正三棱柱ABC-A
1
B<
br>1
C
1
中,D为棱AA
1
的中点,若截面△
<
br>BC
1
D是面积为6的直角三角形,则此三棱柱的体积为________.
2
1
2
b
2
解析:由题意,设AB=a,AA
1
=
b,再由BD·DC
1
=6可得a+=12.又由BC
2
+CC
2<
br>1
=BC
1
,
24
得a
2
+b
2
=24,
可得a=22,b=4,
∴V=
3
×(22)
2
×4=83.
4
答案:83
例2. 已知五棱台的上、下底面均是正五边形,边长分别是8
cm和18 cm,侧面是全等
的等腰梯形,侧棱长是13 cm,求它的侧面积.
解析:如图所示的是五棱台的一个侧面,它是一个上、下底的边长分别为8 cm和
18
cm,且腰长为13 cm的等腰梯形,由点
A
向
BC
作垂线,垂足为点E
;由点
D
向
BC
作垂线,垂足为点
F
.
∵四边形
ABCD
为等腰梯形,
11
∴
BE
=<
br>CF
=(
BC
-
AD
)=(18-8)=5 cm.
22
在Rt△
ABE
中,
AB
=13
cm,
BE
=5 cm,∴
AE
=12 cm,
11
2<
br>∴
S
四边形
ABCD
=(
AD
+
BC
)·
AE
=×(8+18)×12=156(cm).
22
2
∴
S
五棱台侧
=5×156=780(cm).
2
即此五棱台的侧面积为780 cm.
2
练2.
圆台上底的面积为16π cm,下底半径为6 cm,母线长为10
cm,那么,圆台的侧面积和体积各是
多少?
解析:首先,圆台的上底的半径为4 cm,
2
于是
S
圆台侧
=π(
r
+
r
′
)
l
=100π(cm).
其次,如图,圆台的高
h
=
BC
2222
=BD
-
OD
-
AB
=10--=46(cm),
1<
br>所以
V
圆台
=
h
(
S
+
SS
′+
S
′)
3
1
=×46×(16π+16π×36π+36π)
3
3046π
3
(cm).
3
例3. 如图所示,为了制
作一个圆柱形灯笼,先要制作4个全等的矩形骨架,总计耗用9.6
米铁丝,再用S平方米塑料片制成圆
柱的侧面和下底面(不安装上底面).
(1)当圆柱底面半径r取何值时,S取得最大值?并求出该最大值(结果精确到0.01平方米);
(2)若要制作一个如图放置的、底面半径为0.3米的灯笼,请作出用于制作灯笼的三视图(作
图时,
不需考虑骨架等因素).
9.6-8×2r
解析:由题意可知矩形的高即圆柱的母线长为=1.2-2r,
8
=
∴塑料片面积S=πr
2
+2πr(1.2-2r)
=πr
2
+2.4πr-4πr
2
=-3πr
2
+2.4π
r
=-3π(r
2
-0.8r)
=-3π(r-0.4)
2
+0.48π.
∴当r=0.4时,S有最大值0.48π,约为1.51平方米.
(2)若
灯笼底面半径为0.3米,则高为1.2-2×0.3=0.6(米).制作灯笼的三视图如图.
练3. 圆柱形容器内盛有高度为8 cm的水,若放入三个相同的球(球的半径与圆柱的底面半径相<
br>同)后,水恰好淹没最上面的球(如图所示),则球的半径是______cm.
解析:设球的半径为r cm,
4
则πr
2
×8+
πr<
br>3
×3=πr
2
×6r.
3
解得r=4
(cm
3
).
例4.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r的铁球,并注入水,使
水面与球正好相切,然后将球取出,求这时容器中水的深度.
解析:由题意知,圆锥的轴截面为正三角形,如图所示为圆锥的轴截面.
根据切线
性质知,当球在容器内时,水深为3r,水面的半径为3r,则容器内水的体积为V=V
圆锥
-
1453
π·(3r)
2
·3r-
πr
3
=
πr
3
,而将球取出后,设容器内水的深度为h,则水面圆的半径为h,从而容
33
33
131
器内水的体积是V′=
π·(
h)
2
·h=πh
3
,
339
V
球
=
3
由V=V′,得h=15r.
3
即容器中水的深度为15r.
练4.
如图所示,一个圆锥形的空杯子上放着一个直径为8 cm的半球形的冰淇淋,请
你设计一种这样的圆锥
形杯子(杯口直径等于半球形的冰淇淋的直径,杯子壁厚忽略不
计),使冰淇淋融化后不会溢出杯子,怎
样设计最省材料?
解析: 要使冰淇淋融化后不会溢出杯子,则必须
1414
V<
br>圆锥
≥V
半球
,V
半球
=×
πr
3
=×
π×4
3
,
2323
111
V
圆锥
=Sh=
πr
2
h=
π×4
2
×h.
333114
依题意:
π×4
2
×h≥×
π×4
3
,
323
解得h≥8.
即当圆锥形杯子杯口直径为8 cm,高大于或等于8
cm时,冰淇淋融化后不会溢出杯子.
又因为S
圆锥侧
=πrl=πrh
2
+r
2
,
当圆锥高取最小值8时,S
圆锥侧
最小,
所以高为8
cm时,制造的杯子最省材料.
简单几何体的表面积和体积活页作业答案
一、选择题
1.圆柱的侧面展开图是一个边长为6π和4π的矩形,则圆柱的全面积为( )
A.6π(4π+3) B.8π(3π+1) C.6π(4π+3)或8π(3π+1)
D.6π(4π+1)或8π(3π+2)
解析: 设圆柱的底面半径为r,母线为l,则
2πr=4π
2πr=6π
或
,
l=6π
l=4π
r=2
r=3
∴
或
,
l=6π
l=4π
∴圆柱的全面积为24π
2
+8π或24π
2
+18π,
即8π(3π+1)或6π(4π+3).
答案: C
1
2.正棱锥的高
缩小为原来的,底面外接圆半径扩大为原来的3倍,则它的体积是原来体积的( )
2
3939
A. B.
C. D.
2244
1h
解析:
设原棱锥高为h,底面面积为S,则V=Sh,新棱锥的高为,底面面积为9S,
32
V′
91h
∴V′=·9S·,∴=.
32V2
答案: B
3.用与球心距离为1的平面去截球,所得的截面面积为π,则球的体积为( )
8π82π32π
A. B. C.82π
D.
333
答案: B
解析: S
圆
=πr
2
=1⇒r=1,而截面圆圆心与球心的距离d=1,∴球的半径为R=
482π
=
πR
3
=,故选B.
33
4.如图是一个几何体的三视图,根据图中的数据可得该几何体的表面积为( )
r
2
+d
2
=2,∴V
A.18π
B.30π C.33π D.40π
解析: 由三视图知
该几何体由圆锥和半球组成.球半径和圆锥底面半径都等于3,圆锥的母线长等
于5,所以该几何体的表
面积S=2π×3
2
+π×3×5=33π.
答案: C
5.(2011·福州质检)某几何体的三视图如图所示,则该几何体的体积等于( )
28164
A.
π B.π
C.π+8 D.12π
333
解析: 由三视图可知,该几何体为底面半
径是2,高为2的圆柱体和半径为1的球体的组合体,则
428
该几何体的体积为π×2
2
×2+
π=π.
33
答案: A
6.将边长为a的正方形ABCD沿对角线AC折起,使BD=a,则三棱锥D-ABC的体积为(
)
a
3
a
3
32
A. B.
C.a
3
D.a
3
6121212
解析: 设正方形ABCD的对角线AC、BD相交于点E,沿AC折起后,依
题意得:当BD=a时,BE
⊥DE,∴DE⊥面ABC,
∴三棱锥D-ABC的高为DE=
2
a,
2
1122
∴V
D
-
ABC
=·a
2
·a=a
3
.
32212
答案: D
7.圆台上、下底面面积分别是π、4π,侧面积是6π,这个圆台的体积是( )
23
A.
π
3
73
B.23πC.π
6
73
D.π
3
侧
=6π,设母线长为解析:
上底半径r=1,下底半径R=2.∵Sl,则π(1+2)·l=6π,∴l=2,∴高h=
173<
br>l
2
-R-r
2
=3,∴V=
π·3(1+1×2+2×
2)=π.
33
答案:D
8.一个球与一个正三棱柱的三个侧面和两个底面都相切,已知这个球的体积是
积是( )
A.963
C.243
B.163
D.483
32
π,那么这个三棱柱的体
3
43213
解析:由
πR
3
=
π,∴R=2,∴正三棱柱的高h=4
,设其底面边长为a,则
·a=2,∴a=43,∴V
3332
=
3
(43)
2
·4=483.
4
答案:D
二、填空题
9
.如图,已知正方体ABCD-A
1
B
1
C
1
D
1
的棱长为2,O为底面正方形ABCD的中心,则
三棱锥B
1
-BCO的体积
为________.
111122
解析:
V=S
△
BOC
·B
1
B=×BO·BC·sin
45°·B
1
B=×2×2××2=.
332623
2
答案:
3
10.如图是某几何体的三视图,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________.
解析: 由三视图可知,该几何体为底面半径
为1,母线长为2的圆锥的一半,所以圆锥
113
的高为3,因此所求体积V=××π×12
×3=
π.
236
3
π
6
11.已知球O的表面上四点A、B、C、D,DA⊥平面ABC,AB⊥BC,DA=AB=BC=3,则球
O的体积
等于________.
答案:
解析: 如图,
3
3
9π
34
易知球心O为DC中点,由题意可求出CD=3,所以球O的半径
为,故球O的体积为
π×
2
=
2
.
23
9π
答案:
2
12.如图所示是一个几何体的三视图,根据
图中标出的尺寸(单位:cm),可得
该几何体的表面积为________cm
2
.
答案 36
解析
由三视图可知,此几何体是一
个以AA′=2,AD=4,AB=2为棱的长方体被平面A′C′B截去一个
1
角后得到的,
在△A′C′B中,因为A′C′=BC′=25,BA′=22,所以S
△
A
′C
′
B
=×22
2
11
×25
2
-2
2
=6,故几何体表面积为2×4×2+2×2+×4×2×2+×2×2+6=36
.
22
三、解答题
13.如图所示,以圆柱的下底面为底面
,并以圆柱的上底面圆心为顶点作圆锥,则该圆锥
与圆柱等底等高.若圆锥的轴截面是一个正三角形,求
圆柱的侧面积与圆锥的侧面积之比.
解析: 设圆锥底面半径为r,则母线为2r,高为3r,
∴圆柱的底面半径为r,高为3r,
S
圆柱侧
2πr·3r
∴==3.
πr·2r
S
圆锥侧
14如图,如图所示的三个图中,上面的是一个长方体截去一个角所得多面体的直观图,
它的正视图和侧视图在下面画出(单位:cm).(1)在正视图下面,按照画三视图的要
求画出该多面
体的俯视图;(2)按照给出的尺寸,求该多面体的体
解析:(1)如图所示.
(2)所求多面体体积
V
=
V
长方体-
V
正三棱锥
6π
15.有一个圆锥的侧面展开图是一个半径
为5、圆心角为的扇形,在这个圆锥中内接一个高为x的圆柱.
5
(1)求圆锥的体积.(2)当x为何值时,圆柱的侧面积最大?
解析: (1)
因为圆锥侧面展开图的半径为5,所以圆锥的母线长为5.设圆锥的底面半径为r,则2πr
6π
=5×,解得r=3.
5
1
所以圆锥的高为4.从而圆锥的体积V=
πr
2
×4=12π.
3
(2)右图为轴截面图,这个图为等腰三角形中内接一个矩形.
3-a
x3
=,从而a=3-x.
344
33
圆柱的侧面
积S(x)=2π(3-x)x=
π(4x-x
2
)
42
3
=
π[4-(x-2)
2
](0
设圆柱的底面半径为a,则
当x=2时,S(x)有最大值6π.
所以当圆柱的高为2时,圆柱有最大侧面积为6π.
16.如图所示,从三棱锥P-ABC的
顶点P沿着三条侧棱PA、PB、PC剪开成平面图形得到△P
1
P
2
P3
,且
P
2
P
1
=P
2
P
3
.
-
1
3
1
22
2
284
3
(cm).
3
(1)在三棱锥P-ABC中,求证:PA⊥BC.
(2)若P
1
P
2
=26,P
1
P
3
=20,求三棱锥P-ABC的体
积.
AB=AC,
取BC的中点D,连AD、PD,则AD⊥BC,PD⊥BC,
∴BC⊥面PAD.故PA⊥BC.
1
(2)由题设有AB=AC=P
1<
br>P
2
=13,PA=P
1
A=BC=10,
2
PB=PC=P
1
B=13,
∴AD=PD=AB
2
-BD
2
=12,
1
<
br>2
AD
2
-
2
PA
=119,
解析: (1)证明:由题设知A、B、C分别是P
1
P3
,P
1
P
2
,P
2
P
3
的
中点,且P
2
P
1
=P
2
P
3
,从而PB
=PC,
在等腰三角形DPA中,
底边PA上的高h=
1
∴S
△<
br>DPA
=PA·h=5119,又BC⊥面PAD,
2
∴V
P
-
ABC
=V
B
-
PDA
+V
C
-PDA
11
=BD·S
△
DPA
+D
C·S
△
PDA
33
11
=BC·S
△
PDA
=×10×5119
33
=
50
119.
3