空间几何体的表面积和体积 教案
在日本的中国留学生-书签制作方法图片
适用学科
适用区域
知识点
教学目标
高中数学
人教版区域
适用年级
课时时长(分钟)
高一
2课时
柱体、锥体、台体、球体的表面积与体积公式
掌握柱体、锥体、台体、球体的表面积与体积公式
会求简单组合体的体积及表面积
能够通过三视图求出常见几何体的表面积与体积
教学重点
教学难点
组合体的表面积与体积.
不规则几何体的表面积与体积的求解
【知识导图】
教学过程
一、导入
思考1 正方体与
1
长方体的展开图如图(1)(2)所示,则相应几何体的表面积与其展开图
3
的面积有何关
系?
答案 相等.
思考2
棱柱、棱锥、棱台的表面积与其展开图的面积是否也都相等?
答案 是.
思考3
圆柱
OO
′及其侧面展开图如图所示,则其侧面积为多少?表面积为多少?
答案
S
侧
=2π
rl
,
S
表
=2π
r
(
r
+
l
).
思考4 圆锥
SO
及其侧面展开图如图所示,则其侧面积为多少?表面积为多少?
答案 底面周长是2π
r
,利用扇形面积公式得
S
侧
=×2π
rl
=π
rl
,
1
2
第 1 页
S
表
=π
r2
+π
rl
=π
r
(
r
+
l
).
设计意图:通过图形的实际操作与求解,讨论出相关公式。
二、知识讲解
1.
圆柱:侧面展开图是矩形,长是圆柱底面圆周长,宽是圆柱的高(母线),
S
圆柱侧
=2
rl
,
S
圆柱表
=2
r(rl
)
,其中为
r
圆柱底面半径,
l
为母线长;
V
圆柱
Sh
r
2
h
.
2. 圆锥:侧面展开图为
一个扇形,半径是圆锥的母线,弧长等于圆锥底面周长,侧面展开
图扇形中心角为
360
0
,
S
圆锥侧
=
rl
, S
圆锥表
=
r(rl)
,其中为
r
圆锥底
面半径,
l
为母线长.
V
锥
r
l
1Sh
(
S
为底面面积,h为高)
3
Rr
36
0
0
,
S
圆台侧
=
(rR)l
,S
圆台表
=
(r
2
rlRlR
2)
.
l
3. 圆台:侧面展开图是扇环,内弧长等于圆台上底周长,外弧长等于
圆台下底周长,侧面
展开图扇环中心角为
1
V
台
(S
'
S
'
SS)h
(
S
,
S
'
分别上、下底面积,h为高)→
3
1
1
V
圆台
(S
'
S
'
SS)h
(r
2
rRR
2
)h
(r、
R
分别为圆台上底、下底半径)
33
柱、锥、台的表面积与体积的计算公式的关系
表面积相关公式
S
全
=S
侧
+2S
底
表面积相关公式
圆
棱柱
其中
S
侧
=l
侧棱长
•c
直截面周长
柱
S
全
S
侧
S
底
S全
2
r
2
2
rh
(
r
:底面半径,
h
:高)
圆
S
全
<
br>
r
2
rl
棱锥
(
r
:底面半径,
l
:母线长)
锥
圆
台
棱柱
体积公式
V=S
底
•h
高
<
br>S
全
(r'
2
r
2
r'l
rl)
(
r
:下底半径,
r’
:上
棱台
S
全
S
侧
S
上底
S
下底
底半径,
l
:母线长)
体积公式
V
rh
2
圆
柱
棱
台
1
V(S'S'SS)h
3
第 2 页
1
棱锥
V=S
底
•h
高
3
圆
锥
1
V
r
2
h
3
圆
台
1
V
(r'
2
r
'rr
2
)h
3
1. 球的体积是对球体所占空间大
小的度量,它是球半径的函数,设球的半径为
R
,则球的
4
体积
V<
br>球
R
3
3
2. 球的表面积是对球的
表面大小的度量,它也是球半径的函数,设球的半径为
R
,则球的
表面积为
S
球面
4
R
2
,它是球的大圆面积的4倍
3.
用一个平面去截球,所得到的截面是一个圆
类型一 柱、锥、台的侧面展开图
如图,圆柱的底面周长为6cm,AC是底面圆的直径,高BC=6cm,点P是母线BC上一点,且<
br>2
BC.一只蚂蚁从A点出发沿着圆柱体的表面爬行到点P的最短距离是( )
3
6
A、
(4)
㎝ B、5cm
C、
35
㎝ D、7cm
PC=
【规范解答】B
【总结与反思】在做立体图的题目时,对
基本立体图形的展开图要有一定
的了解,类似于求最短距离的题,只需将立体图形转化为平面图形进行求
解即可。
类型二柱、锥、台的表面积与体积的计算公式
已知圆台的上下底面半径分别是2,5,且侧面面积等于两底面面积之和,求该圆台的母线
长
【规范解答】
l
29
7
22
4
解析:设圆台的母线长为
l
,则,圆台的上底面面积为
S
上
为
S
下
5
2
25
,圆台的上底面面积
,所以圆台的底面面积为
SS
上S
下
29
.又圆台的侧面积
S
侧
(25)l7
l
,于是
7
l29
,即
l
29
为所求.
7
【总结与反思】清晰准确的记忆立体图形表面积公式和体积公式是解题的关键。
类型三
球的表面积和体积公式
第 3 页
正四
棱锥
PABCD
底面的四个顶点
A,B,C,D
在球
O
的
同一个大圆上,点
P
在球面上,如
果
V
PABCD
16
,则球
O
的表面积是
3
A.
4
B.
8
C.
12
D.
16
【规范解答】D
正四棱锥
PABCD
底面的四个顶点
A,B,C,D
在球
O
的同一个大圆上,点
P
在球面上,
PO
与平面
ABCD
垂直,是棱锥的高,
PO
=
R
,
S
ABCD
2R
2
,
V
PABCD
解得
R
=2,则球
O
的表面积是
1
6
,选D.
【总结与反思】清晰准确的记忆立体图形表面积公式和体积公式是解题的关键。
一个长方体的相交于一个顶点的三个面的面积分别是2,3,6,则长方体的体积是
.
【规范解答】6
解析:长方体的长宽高分别为
a,b,c
,求出
a,b,c
的值,再求体积.
设长方体的长宽高分别为
a,b,c
,则<
br>ab2,ac3,bc6
,三式相乘得
(abc)
2
36.
所以,长方体的体积为6
【总结与反思】明确共顶点的三个面的面积是怎么回事是解题关键。
16116
,所
以
2R
2
R
,
333
四
、课堂运用
1.圆柱的轴截面是正方形,且轴截面面积是
S
,则它的侧面积是( )
A.B.π
S
C.2π
S
D.4π
S
π
2.如图,已知
ABCD
-
A
1
B
1
C<
br>1
D
1
为正方体,则正四面体
D
-
A
1BC
1
的表面积与正方体的表面积之
比是( )
A.
23
B.C.3D.2
23
2
S
3.已知一
个铜质的五棱柱的底面积为16cm,高为4cm,现将它熔化后铸成一个正方体的铜
块(不计损耗),
那么铸成的铜块的棱长是( )
A.2cmB.3cmC.4cmD.8cm
4.已知高
为3的棱柱
ABC
—
A
1
B
1
C
1
的底面是边长为1的正三角形(如图),则三棱锥
B
1
—
ABC
的
体积为( )
1
A.
4
1
B.
2
第 4
页
C.
3
6
D.
3
4
1.圆柱的轴截面是正方形,且轴截面面积是
S
,则它的侧面积是( )
A.B.π
S
C.2π
S
D.4π
S
π
答案 B
解析 ∵圆柱的轴截面是正方形,且轴截面面积是
S
,
∴圆柱的母线长为
S
,底面圆的直径为
S
,
∴圆柱的侧面
积
S
=π×
S
×
S
=π
S
.
故选B.
2.如图,已知
ABCD
-
A
1
B1
C
1
D
1
为正方体,则正四面体
D
-
A
1
BC
1
的表面积与正方体的表面积之
比是( )
A.
23
B.C.3D.2
23
S
答案 B
解析 设正方体的棱长为1,则正方体的表面积为6,正四面体
D
-
A
1
BC
1
的棱长为2,表面
1
积为4××2sin60°×2=2
3,∴正四面体
D
-
A
1
BC
1
的表面积与正方体
的表面积之比
2
是
3
,故选B.
3
2
3.已知一
个铜质的五棱柱的底面积为16cm,高为4cm,现将它熔化后铸成一个正方体的铜
块(不计损耗),
那么铸成的铜块的棱长是( )
A.2cmB.3cmC.4cmD.8cm
答案 C
解析 ∵铜质的五棱柱的底面积为16cm,高为4cm,
∴铜质的五棱柱的体积
V
=16×4=64(cm),
设熔化后铸成一个正方体的铜块的棱长为
a
cm,
则
a
=64,解得
a
=4cm,故选C.
4.已知高为3
的棱柱
ABC
—
A
1
B
1
C
1
的
底面是边长为1的正三角形(如图),则三棱锥
B
1
—
ABC
的体积
为( )
1
A.
4
C.
3
6
1
B.
2
D.
3
4
3
3
2
答案 D
第 5 页
1133
解析
V
=
Sh
=××3=. <
br>3344
1.圆台的上、下底面半径和高的比为1∶4∶4,母线长为10,则圆台的侧面积为(
)
A.100πB.81πC.169πD.14π
2.表面积为3π的圆锥,它的侧面展开图是一个半圆,则该圆锥的底面直径为________.
3.将棱长为2的正方体木块削成一个体积最大的球,则这个球的表面积为( )
A.2π
C.8π
B.4π
D.16π
4.如图,一个圆柱和一个圆锥的底面直
径和它们的高都与一个球的直径相等,这时圆柱、
圆锥、球的体积之比为________.
1.圆台的上、下底面半径和高的比为1∶4∶4,母线长为10,则圆台的侧面积为( )
A.100πB.81πC.169πD.14π
答案 A
解析 ∵圆台的上、下
底面半径和高的比为1∶4∶4,母线长为10,设圆台上底面的半径为
r
,则下底面半径和高
分别为4
r
和4
r
,由100=(4
r
)
2
+(4
r
-
r
)
2
,得
r
=2,故圆台
的侧面
积等于π(
r
+4
r
)×
l
=π(2+8)
×10=100π,故选A.
2.表面积为3π的圆锥,它的侧面展开图是一个半圆,则该圆锥的底面直径为________.
答案 2
1
22
解析 设圆锥的母线为
l
,圆锥底面半径
为
r
,则π
l
+π
r
=3π,π
l
=2π
r
,∴
r
=1,
2
即圆锥的底面直径为2.
3.将棱长为2的正方体木块削成一个体积最大的球,则这个球的表面积为( )
A.2π
C.8π
答案 B
解析
体积最大的球是其内切球,即球的半径为1,所以表面积为
S
=4π×1=4π.
4
.如图,一个圆柱和一个圆锥的底面直径和它们的高都与一个球的直径相等,这时圆柱、
圆锥、球的体积
之比为________.
答案 3∶1∶2
124
23233
解析 设
球的半径为
R
,则
V
柱
=π
R
·2
R=2π
R
,
V
锥
=π
R
·2
R
=π
R
,
V
球
=π
R
,故
333
2
B.4π
D.16π
V
柱
∶
V
锥
∶
V
球
=2π
R
3
∶π
R
3
∶π
R
3
=3∶1∶2.
1.直角三角形的两条直角边长分别为15
和20,以它的斜边为轴旋转生成的旋转体,求旋
2
3
4
3
第 6
页
转体的表面积.
2.某几何体的三视图如图所示,则其表面积为________.
3.如图所示,在棱长为
4的正方体上底面中心位置打一个直径为2、深为4的圆柱形孔,
则打孔后的几何体的表面积为____
____.
4.如图所示是某几何体的三视图,它的正视图和侧视图均为矩形,俯视图为正三角形.(
长
度单位:cm)
(1)该几何体是什么图形?
(2)画出该几何体的直观图(坐
标轴如图所示),并求它的表面积.(只需作出图形,不要求写作
法)
1.直角三角形的两条
直角边长分别为15和20,以它的斜边为轴旋转生成的旋转体,求旋
转体的表面积.
解 设
此直角三角形为
ABC
,
AC
=20,
BC
=15,
AC
⊥
BC
,则
AB
=25.
过
C
作
CO
⊥
AB
于点
O
,直角三角形绕
AB
所
在直线旋转生成的旋转体,它的上部是圆锥(1),
20×15
它的下部是圆锥(2),两圆锥
底面圆相同,其半径是
OC
,且
OC
==12,圆锥(1)的侧
25
面积
S
1
=π×12×20=240π,圆锥(2)的侧面积
S2
=π×12×15=180π.旋转体的表面积应
为两个圆锥侧面积之和,即
S
=
S
1
+
S
2
=420π.
2.某几何体的三视图如图所示,则其表面积为________.
答案 3π
解析 由三视图可知,该几何体是一个半径为1的半球,其表面积为半个球面面积与截面面
1<
br>积的和,即×4π+π=3π.
2
3.如图所示,在棱长为4的正方体上底面中心位置
打一个直径为2、深为4的圆柱形孔,
则打孔后的几何体的表面积为________.
答案
96+6π
解析 由题意知,所打圆柱形孔穿透正方体,因此打孔后所得几何体的表面积等于正方体的
表面积,再加上一个圆柱的侧面积,同时减去两个圆的面积,即S=6×4
2
+4×2
π-2π×1
2
=96+6π.
4.如图所示是某几何体的三视图,它的正视图和侧
视图均为矩形,俯视图为正三角形.(长
度单位:cm)
(1)该几何体是什么图形? (2)画出该几何体的直观图(坐标轴如图所示),并求它的表面积.(只需作出图形,不要求写作
法)
解 (1)由三视图可知该几何体是三棱柱.
(2)直观图如图所示.
第
7 页
因为该几何体的底面是边长为4cm的等边三角形,高为2cm,所以它的表面
积S
三棱柱
=2S
底
+S
侧
=2×
1.
表面积相关公式
S
全
=S
侧
+2S
底
3
2
×4+3×4×2=(24+83)(cm
2
).
4
圆
表面积相关公式
棱柱
其中
S
侧
=l
侧棱长
•c
直截面周长
柱
S
全
S
侧
S
底
S全
2
r
2
2
rh
(
r
:底面半径,
h
:高)
圆
S
全
<
br>
r
2
rl
棱锥
(
r
:底面半径,
l
:母线长)
锥
圆
台
棱柱
体积公式
V=S
底
•h
高
<
br>S
全
(r'
2
r
2
r'l
rl)
(
r
:下底半径,
r’
:上
棱台
S
全
S
侧
S
上底
S
下底
底半径,
l
:母线长)
体积公式
V
rh
2
圆
柱
棱
台
圆
台
1
V(S'S'SS)h
3
1
V
(r'
2
r'rr
2
)h
3
1
棱锥
V=S
底
•h
高
3
圆
锥
1
V
r
2
h
3
2.球的表面积和体积公式
六 、课后作业
1.如图所示,圆锥的底面半径为1,高为3,则圆锥的表面积为( )
A.π
C.3π
B.2π
D.4π
2.一个圆台的母线长等于上、下底面半径和的一半,且侧面积是32π,则母线长为( )
A.2B.22C.4D.8
3.正四棱台的两底边长分别为1cm,2cm,高是1cm,它的侧面积为( )
35<
br>2
23
2
A.6cm
2
.35cm
2
43
4.某几何体的俯视图是如图所示的矩形,正视图是一个底边长为8、高为4的等腰三角形,<
br>侧视图是一个底边长为6、高为4的等腰三角形,则该几何体的表面积为( )
A.80
B.242+88
第 8 页
C.242+40 D.118
5.如果轴截面为正方形的圆柱的侧面积是4π,那么圆柱的体积等于( )
A.πB.2πC.4πD.8π
6.如图,在正方体中,四棱锥S-ABCD的体积占正方体体积的( )
111
A.B.C.D.不确定
234
7.如图是某几何体的三视图,则该几何体的体积为( )
9
A.
π+12
2
C.9π+42
9
B.π+18
2
D.36π+18
8.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( )
1
A.
3
2
C.
3
1
B.
2
3
D.
4
1.如图所示,圆锥的底面半径为1,高为3,则圆锥的表面积为( )
A.π
C.3π
答案 C
解析
设圆锥的母线长为l,则l=3+1=2,∴圆锥的表面积为S=π×1×(1+2)=3π.
2.一个圆台的母线长等于上、下底面半径和的一半,且侧面积是32π,则母线长为( )
A.2B.22C.4D.8
答案 C
解析 圆台的轴截面如图所示,
1
由题意知,l=(r+R),
2
S
圆台侧
=π(r+R)·l=π·2l·l=32π,
∴l=4.
3.正四棱台的两底边长分别为1cm,2cm,高是1cm,它的侧面积为(
)
35
2
23
2
A.6cm
2
.35cm
2
43
答案 D
解析
∵四棱台的两底边长分别为1cm,2cm,高是1cm,
1
∴上底边到上底中心的距离是cm,下底边到下底中心的距离是1cm,
2
那么梯形的高,就是斜高为
15
1
2
+1-
2
=(c
m),
22
B.2π
D.4π
第 9 页
1535
一个梯形的面积就是(1+2)×=(cm
2
),
224
∴棱台的侧面积S=35(cm
2
).
故选D.
4.某几何体的俯视图是如图所示的矩形,正视图是一个底边长为8、高为4的等腰三角形,
侧视图是一
个底边长为6、高为4的等腰三角形,则该几何体的表面积为( )
A.80
C.242+40
答案 B
解析 根据题意,可得该几何体是底面是边长分别为6
和8的矩形且侧棱长均相等的四棱锥,
高为SO=4,如图所示,
因此,等腰三角形SAB的
高SE=SO
2
+OE
2
=4
2
+3
2
=
5,
等腰三角形SCB的高SF=SO
2
+OF
2
=4
2
+4
2
=42,
1
∴S
△
SAB
=S<
br>△
SCD
=×AB×SE=20,
2
1
S
△
SCB
=S
△
SAD
=×CB×SF=122,
2
∵矩形ABCD的面积为6×8=48,
∴该几何体的表面积为S
242+88.
故选B.
5.如果轴截面为正方形的圆柱的侧面积是4π,那么圆柱的体积等于( )
A.πB.2πC.4πD.8π
答案 B
解析
设圆柱母线长为l,底面半径为r,
l=2r,
r=1,
由题意得
解得
2πrl=4π,
l=2.
表
B.242+88
D.118
=S
△
SAB
+S
△
SCD
+S
△
SCB
+S
△
SAD
+S
ABCD
=2×20+2×122+48=
∴V
圆柱
=πr
2
l=2π.
6.如图,在正方体中,四棱锥S-ABCD的体积占正方体体积的( )
111
A.B.C.D.不确定
234
答案 B
解析 由于四棱
锥S-ABCD的高与正方体的棱长相等,底面是正方形,根据柱体和锥体的
1
体积公式,得四
棱锥S-ABCD的体积占正方体体积的,故选B.
3
7.如图是某几何体的三视图,则该几何体的体积为( )
第 10 页
9
A.
π+12
2
C.9π+42
答案
B
9
B.π+18
2
D.36π+18
43
解析 由
三视图可知该几何体是一个长方体和球构成的组合体,其体积V=
π(
)
3
+
3×3×2
32
9
=
π+18.
2
8.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(
)
1
A.
3
2
C.
3
答案 C
11
解析 ∵V
C
-
A
′
B
′
C
′
=V
ABC
-
A
′
B
′
C′
=,
33
12
∴V
C
-
AA
′<
br>B
′
B
=1-=.
33
1.一个直角三角形的直
角边分别为3与4,以其直角边为旋转轴,旋转而成的圆锥的侧面
积为( )
A.15πB.20πC.12πD.15π或20π
2.一个几何体的三视图如图所示,则该几何体的表面积为( )
A.372B.360C.292D.280
3.如图是一个几何体的三视图,若该几何体的
表面积为9π,则该几何体的正视图中实数a
的值为( )
A.1B.2C.3D.4 <
br>4.一平面截一球得到直径为6cm的圆面,球心到这个圆面的距离是4cm,则该球的体积是
(
)
100π
3
3
500π
3
3
208π
3
3
4163π
3
3
1
B.
2
3
D.
4
5.一个正四棱
柱的各个顶点都在一个半径为2cm的球面上,如果正四棱柱的底面边长为
2cm,那么该棱柱的表面积
为( )
A.(2+42) cm
2
C.(8+162)
cm
2
B.(4+82) cm
2
D.(16+322) cm
2
π
6.如图,在梯形ABCD中,
∠ABC=,AD∥BC,BC=2AD=2AB=2,将梯形ABCD绕AD
2
第 11 页
所在的直线旋转一周而形成的曲面所围成的几何体的体积为( )
245
A.
πB.πC.πD.2π
333
1.一个直角三角形的
直角边分别为3与4,以其直角边为旋转轴,旋转而成的圆锥的侧面
积为( )
A.15πB.20πC.12πD.15π或20π
答案 D
解析
以直角三角形的直角边为旋转轴,旋转而成的圆锥,有以下两种情况:
根据圆锥的侧面积计算公式S
侧面积
=πr×l
母线长.
①以直角边3为旋转轴时,旋转而成的圆锥的侧面积S=4π×5=20π;
②以直角边4为旋转轴时,旋转而成的圆锥的侧面积S=3π×5=15π.
故选D.
2.一个几何体的三视图如图所示,则该几何体的表面积为( )
A.372B.360C.292D.280
答案 B
解析
由三视图可知该几何体是由下面一个长方体,上面一个长方体组合而成的几何体.
∵下面长方体的表面
积为8×10×2+2×8×2+10×2×2=232,上面长方体的表面积为
8×6×2+2×8×
2+2×6×2=152,
又∵长方体表面积重叠一部分,
∴几何体的表面积为232+152-2×6×2=360.
3.如图是一个几何体的三视图
,若该几何体的表面积为9π,则该几何体的正视图中实数a
的值为( )
A.1B.2C.3D.4
答案 C
解析 设几何体是一个圆柱上面叠加一个圆锥
,其表面积为S=2π×1×a+
π×1×3
2
+1
2
+π×1
2
=2πa+3π=9π,∴a=3.
4.一平面截一球得到直径为6cm的圆面,
球心到这个圆面的距离是4cm,则该球的体积是
( )
100π
3
3
500π
3
3
答案 C
解析
如图,根据题意,
|OO
1
|=4cm,|O
1
A|=3cm,
208π
3
3
4163π
3
3
第 12 页
∴|OA|=R=|OO
1
|2
+|O
1
A|
2
=5(cm),
4
500
π
故球的体积V=
πR
3
=(cm
3
).故选C.
33
5.一个正四棱柱的各个顶点都在一个半径为2cm的球面上,如果正四棱柱的底面边长为
2cm,那么该棱柱的表面积为( )
A.(2+42) cm
2
C.(8+162) cm
2
答案 C
解析 ∵一个正四棱柱的
各个顶点都在一个半径为2cm的球面上,正四棱柱的底面边长为
2cm,球的直径为正四棱柱的体对角
线,∴正四棱柱的体对角线为4,正四棱柱的底面对角
线长为22,∴正四棱柱的高为16-8=22,
∴该棱柱的表面积为2×2
2
+4×2×22=8
+162,故选C.
π<
br>6.如图,在梯形ABCD中,∠ABC=,AD∥BC,BC=2AD=2AB=2,将梯形ABCD绕
AD
2
所在的直线旋转一周而形成的曲面所围成的几何体的体积为( )
245
A.
πB.πC.πD.2π
333
答案 C
1.已知某几何体的三视图如图所示,其中正视图、侧视图均是由三角形与半圆构成,俯视
图由
圆与内接三角形构成,根据图中的数据可得此几何体的体积为________.
2.若一个四面体的
四个面中,有两个面都是直角边长为1的等腰直角三角形,另两个面都
是直角边长分别为1和2的直角三
角形,则该四面体的外接球的表面积为________.
3.如图所示,一个正四棱锥(底面是正方
形,从顶点向底面引垂线,垂足是底面中心的四棱
锥)的正方形底面的边长为4cm,高与斜高的夹角为
30°,则正四棱锥的表面积为____cm
2
.
4.如图,已知正三棱锥S-AB
C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.
5如图所示,
半径为R的半圆内的阴影部分是以直径AB所在直线为轴,旋转一周得到的一
几何体,求该几何体的表面
积和体积.(其中∠BAC=30°)
B.(4+82) cm
2
D.(16+322) cm
2
第 13 页