空间几何体的表面积和体积 教案

绝世美人儿
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2021年01月03日 13:53
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2021年1月3日发(作者:任凌云)


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

=2π
rl

S

=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

=×2π
rl
=π
rl

1
2
第 1 页


S

=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(rl )
,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(rl)
,其中为
r
圆锥底 面半径,
l
为母线长.
V


r
l
1Sh

S
为底面面积,h为高)
3
Rr
36 0
0

S
圆台侧
=

(rR)l
S
圆台表
=

(r
2
rlRlR
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

(S
'
S
'
SS)h

S

S
'
分别上、下底面积,h为高)→
3
1 1
V
圆台
(S
'
S
'
SS)h

(r
2
rRR
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

=S

+2S



表面积相关公式

棱柱
其中
S

=l
侧棱长
•c
直截面周长


S

S

S


S
2

r
2
2

rh

r
:底面半径,
h
:高)

S

< br>
r
2


rl
棱锥

r
:底面半径,
l
:母线长)




棱柱
体积公式
V=S

•h

< br>S



(r'
2
r
2
r'l rl)

r
:下底半径,
r’
:上
棱台
S

S

S
上底
S
下底

底半径,
l
:母线长)
体积公式
V

rh

2







1
V(S'S'SS)h

3
第 2 页


1
棱锥
V=S

•h


3


1
V

r
2
h

3


1
V

(r'
2
r 'rr
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

【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


S



5
2
25

,圆台的上底面面积
,所以圆台的底面面积为
SS
S

29

.又圆台的侧面积
S


(25)l7

l
,于是
7

l29

,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
PABCD
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

V
PABCD
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
PABCD
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
PABCD

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>ab2,ac3,bc6
,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

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,

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

=π
R
·2
R=2π
R

V

=π
R
·2
R
=π
R

V

=π
R
,故
333
2
B.4π
D.16π
V


V


V

=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.

C

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

+S

=2×


1.
表面积相关公式
S

=S

+2S


3
2
×4+3×4×2=(24+83)(cm
2
).
4


表面积相关公式
棱柱
其中
S

=l
侧棱长
•c
直截面周长


S

S

S


S
2

r
2
2

rh

r
:底面半径,
h
:高)

S

< br>
r
2


rl
棱锥

r
:底面半径,
l
:母线长)




棱柱
体积公式
V=S

•h

< br>S



(r'
2
r
2
r'l rl)

r
:下底半径,
r’
:上
棱台
S

S

S
上底
S
下底

底半径,
l
:母线长)
体积公式
V

rh

2









1
V(S'S'SS)h

3
1
V
(r'
2
r'rr
2
)h

3
1
棱锥
V=S

•h


3


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.


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
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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

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