与球有关的接切问题ppt
与球有关的切接问题(全面)
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考纲要求
了解球的表面积和体积的计算公式
1．球的概念
半圆以它的直径为旋转轴，旋 转所成的曲面叫做球面.球面所 球 围成的几何体叫做________, 球心 半圆的圆心叫做球的______ ， 半圆的半径叫做球的_______ 。 半径
2、 球的性质
圆面 性质1：用一个平面去截球，截面是_______ ； 圆 用一个平面去截球面， 截线是____ 球心 ，半径等于球半径； 大圆--截面过_______ 小圆--截面不过_________ 球心 垂直 性质2: 球心和截面圆心的连线____ 于截面．
【解析】 根据已知可得球的半径等于1，故三棱柱的高等于 2，底面三角形内切圆的半径等于1，即底面三角形的高等于3，边 1 长等于2 3，所以这个三棱柱的表面积等于3×2 3×2＋2× ×2 3 2 ×3＝18 3. 【答案】 18 3
课 外 阅 读
关于几何体面积与体积的最值问题 (2016· 课标全国Ⅲ)在封闭的直三棱柱ABC－ A1B1 C1内 有一个体积为V的球．若AB⊥BC， AB＝6，BC＝8，AA1＝3， 则V的最大值是( A．4π C．6π ) 9π B. 2 32π D. 3
则内切球的半径为
3V R S
题型一
几何体的外接球(微专题)
微专题 1：锥体的外接球 (1)求棱长为 1 的正四面体外接球的体积为________．
【解析】 设SO1是正四面体S－ABC的高，外接球的球心 O在SO1上，设外接球半径为R，AO1＝r，
3 则在△ABC中，用解直角三角形知识得r＝ 3 .
途径2：
同一个顶点上的三条棱两两垂直的四面体、 相对的棱相等的三棱锥都分别可构造长方体。
多面体的外接球和内切球(解析版)
多面体的外接球和内切球一、结论1、球与多面体的接、切定义1；若一个多面体的各顶点都在一个球面上，则称这个多面体是这个球的内接多面体，这个球是多面体的外接球。
定义2；若一个多面体的各面都与一个球的球面相切，则称这个多面体是这个球的外切多面体，这个球是多面体的内切球。
球的内切问题(等体积法)例如：在四棱锥P -ABCD 中，内切球为球O ，求球半径r .方法如下：V P -ABCD =V O -ABCD +V O -PBC +V O -PCD +V O -PAD +V O -PAB即：V P -ABCD =13S ABCD ⋅r +13S PBC ⋅r +13S PCD ⋅r +13S PAD ⋅r +13S PAB ⋅r ，可求出r .球的外接问题1.公式法正方体或长方体的外接球的球心为其体对角线的中点2.补形法(补长方体或正方体)①墙角模型(三条线两个垂直)题设：三条棱两两垂直(重点考察三视图)②对棱相等模型(补形为长方体)题设：三棱锥(即四面体)中，已知三组对棱分别相等，求外接球半径(AB =CD ，AD =BC ，AC =BD )3.单面定球心法(定+算)步骤：①定一个面外接圆圆心：选中一个面如图：在三棱锥P-ABC中，选中底面ΔABC，确定其外接圆圆心O1(正三角形外心就是中心，直角三角形外心在斜边中点上，普通三角形用正弦定理定外心2r=asin A)；②过外心O1做(找)底面ΔABC的垂线，如图中PO1⊥面ABC,则球心一定在直线(注意不一定在线段PO1上)PO1上；③计算求半径R:在直线PO1上任取一点O如图：则OP=OA=R，利用公式OA2=O1A2+OO12可计算出球半径R.4.双面定球心法(两次单面定球心)如图：在三棱锥P-ABC中：①选定底面ΔABC，定ΔABC外接圆圆心O1②选定面ΔPAB，定ΔPAB外接圆圆心O2③分别过O1做面ABC的垂线，和O2做面PAB的垂线，两垂线交点即为外接球球心O.二、典型例题1(2023春·湖南湘潭·高二统考期末)棱长为1的正方体的外接球的表面积为()A.3π4B.3πC.12πD.16π【答案】B【详解】解：易知，正方体的体对角线是其外接球的直径，设外接球的半径为R，则2R=12+12+12=3，故R=3 2．所以S=4πR2=4π×322=3π．故选：B．【反思】本例属于正方体外接球问题，其外接球半径公式可直接记忆.2(2023春·湖南长沙·高三长沙一中校考阶段练习)在四面体PABC中，PA⊥AB，PA⊥AC，∠BAC= 120°，AB=AC=AP=2，则该四面体的外接球的表面积为()A.12πB.16πC.18πD.20π【答案】D【详解】因为PA⊥AB，PA⊥AC，AB∩AC=A,AB,AC⊂平面ABC,所以PA⊥平面ABC.设底面△ABC的外心为G，外接球的球心为O，则OG⊥平面ABC，所以PA⎳OG.设D为PA的中点，因为OP=OA，所以DO⊥PA.因为PA⊥平面ABC，AG⊂平面ABC,所以PA⊥AG，所以OD⎳AG.因此四边形ODAG为平行四边形，所以OG=AD=12PA=1.因为∠BAC=120°，AB=AC=2，所以BC=AB2+AC2-2AB⋅AC cos∠BAC=4+4-2×2×2×-1 2=23,由正弦定理，得2AG=2332=4⇒AG=2.所以该外接球的半径R满足R2=OG2+AG2=5,故该外接球的表面积为S=4πR2=20π.故选:D.【反思】本例属于单面定球心问题①用正弦定理求出ΔABC外心G；②过G做平面ABC的垂线，则外接球球心O在此垂线上；③通过计算算出半径.3(2023秋·湖南娄底·高三校联考期末)《九章算术》是我国古代数学名著，它在几何学中的研究比西方早1000多年．在《九章算术》中，将底面为矩形且一侧棱垂直于底面的四棱锥称为阳马．如图P-ABCD 是阳马，PA⊥平面ABCD，PA=5，AB=3，BC=4．则该阳马的外接球的表面积为()A.1252π3B.50π C.100π D.500π3【答案】B【详解】因PA⊥平面ABCD，AB⊂平面ABCD，AD⊂平面ABCD，则PA⊥AB，PA⊥AD，又因四边形ABCD为矩形，则AB⊥AD.则阳马的外接球与以PA，AB，AD为长宽高的长方体的外接球相同.又PA=5，AB=3，AD=BC=4．则外接球的直径为长方体体对角线，故外接球半径为：R=PA 2+AB 2+AD 22=32+42+522=522，则外接球的表面积为：S =4πR 2=4π⋅504=50π.故选：B【反思】本例属于墙角型模型，通过补形，将原图形补成长方体模型，借助长方体模型求外接球半径.4(2023·全国·高三专题练习)已知菱形ABCD 的各边长为2,∠D =60°．如图所示，将ΔACD 沿AC 折起，使得点D 到达点S 的位置，连接SB ，得到三棱锥S -ABC ，此时SB =3．E 是线段SA 的中点，点F 在三棱锥S -ABC 的外接球上运动，且始终保持EF ⊥AC ，则点F 的轨迹的周长为()A.233π B.433π C.533π D.2213π【答案】C【详解】取AC 中点M ，则AC ⊥BM ,AC ⊥SM ,BM ∩SM =M ，∴AC ⊥平面SMB ，SM =MB =3，又SB =3，∴∠SBM =∠MSB =30°，作EH ⊥AC 于H ，设点F 轨迹所在平面为α，则平面α经过点H 且AC ⊥α，设三棱锥S -ABC 外接球的球心为O ,△SAC ,△BAC 的中心分别为O 1,O 2，易知OO 1⊥平面SAC ,OO 2⊥平面BAC ，且O ,O 1,O 2,M 四点共面，由题可得∠OMO 1=12∠O 1MO 2=60°，O 1M =13SM =33，解Rt △OO 1M ，得OO 1=3O 1M =1，又O 1S =23SM =233，则三棱锥S -ABC 外接球半径r =OO 21+O 1S 2=73，易知O 到平面α的距离d =MH =12，故平面α截外接球所得截面圆的半径为r 1=r 2-d 2=73-14=536，∴截面圆的周长为l =2πr 1=533π，即点F 轨迹的周长为533π．故选：C 【反思】此题典型的双面定球心。
与球有关的接切问题ppt
详细描述
当一个球与多个旋转体接触时，每一个旋转 体的侧面都会与球形成一条圆弧的接切线， 而每一个旋转体的顶点都会与球形成圆的接 切点。这些圆的半径和圆弧的长度取决于旋 转体的大小以及球的大小。
04
球的切割问题
球被平面切割的截面图形
总结词
根据球心到切割平面的距离和球的半径，可 以确定球被平面切割的截面图形是圆、椭圆 、抛物线、双曲线或这些图形的组合。
详细描述
当球心到切割平面的距离等于球的半径时， 截面图形是圆；当球心到切割平面的距离小 于球的半径时，截面图形是椭圆；当球心到 切割平面的距离大于球的半径时，截面图形 是抛物线或双曲线，具体形状取决于切割平
面与球心的相对位置。
球的切割线长度问题
总结词
球的切割线长度等于球的半径乘以切割线对应的圆心角弧度数。
详细描述
根据平面几何中弧长公式，球的切割线长度等于球的半径乘以切割线对应的圆心角弧度 数。当切割线对应的圆心角为直角时，切割线长度最短；当切割线对应的圆心角为平角
时，切割线长度最长。
球的切割面面积问题
总结词
球的切割面面积等于球的表面积乘以切割面所占的圆 心角与360度的比值。
详细描述
根据球表面积公式和圆心角与面积的关系，球的切割 面面积等于球的表面积乘以切割面所占的圆心角与 360度的比值。当切割面为球的大圆时，切割面面积 最大；当切割面为小圆时，切割面面积最小。
当球与圆柱相切时，切点处球面与圆柱的侧面相切，形成 一条直线。此时，球心与切点的连线与圆柱的轴线垂直。 根据几何原理，切点处球面与圆柱的侧面相切，形成一条 直线。
总结词
当球与圆柱相切时，切点处球面与圆柱的底面相切，形成 圆形。
详细描述
当球与圆柱相切时，切点处球面与圆柱的底面相切，形成 圆形。此时，球心与切点的连线与圆柱的底面垂直。根据 几何原理，切点处球面与圆柱的底面相切，形成圆形。
与球有关的切接问题
切线长度与角度关系
在某些情况下，可以利用切线长度与相关角 度的关系来求解问题，例如在计算球的表面 积和体积时。
05
球体与平面相截
截面的形状
01
02
03
04
圆形
当平面与球面平行时，截面为 圆形。
椭圆
当平面与球面相交时，截面为 椭圆。
抛物线
当平面与球面相切时，截面为 抛物线。
线段
当平面与球面相切于一点时， 截面为线段。
详细描述
切线长度等于球半径，因为切线与半 径在切点处垂直相交。利用勾股定理， 可以计算出切线的长度。
03
球体与曲面相切
切点在球面上的位置
切点位于球面上的大圆上
当球体与曲面相切时，切点位于球面上 的大圆上，即球心与切点的连线与球面 垂直。
VS
切点位置与球心位置有关
球心的位置决定了切点的位置，球心位于 曲面上时，切点即为曲面与球面的交点。
切点在球面上的位置
总结词
切点是两球体相切的点，它在每个球的球面上。切点的位置可以通过两球心和切 点形成的平面确定。
详细描述
切点是两球体相切的点，它位于每个球的球面上。通过确定两球心和切点形成的 平面，可以确定切点在球面上的具体位置。
切线长度的计算
总结词
切线长度是连接切点和球心线段的长 度，可以通过勾股定理计算得出。
与球有关的切接问题
目录
• 球体与平面相切 • 球体与球体相切 • 球体与曲面相切 • 球体与空间曲线相切 • 球体与平面相截
01
球体与平面相切
切点在球ห้องสมุดไป่ตู้上的位置
切点位于球面上
当球体与平面相切时，切点是球面与平面的唯一交点，因此切点必定位于球面 上。
球与几何体的切接问题
2016-2017学年年高三一轮复习专题讲解
课题 球与几何体的切接问题
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2016.10.27
1
考情分析
球是空间几何体中一个特殊的旋转体，
a （1）球内切于正方体 2R=______；
（2）球外接于正方体 a3 2R=______；
（3）长方体的长、宽、高分别为a、b、c则它的外接
S (a b c) 2 2 2
2R= a b c 球的直径
= 2 2 2
__________________.
__________________
V= S•R(a2b2c2)•R
BC=16，AB=4
，cos∠ABC=
7
则三棱柱P-ABC
4
外接球的半径为_____
P
A C
B
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9
【变式】四棱锥P—ABCD内接于球，
若 PA⊥底面ABCD, BC=3，CD=4，PA=5，
B A D 9 0 , A B C 9 0 则该球的表面积为__5__0__
P
D A
.C
O1
D. 6π
D
A
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C
B
12
【变式】四面体 A-BCD中，三组对棱长分别相等且依次是
13,2 5,5 ,则其外接球半径是_____．
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13
【达标检测】--------(2008宁夏、海南15 )
一个六棱柱的底面是正六边形，其侧棱垂直底．已知
与球有关的内切、外接问题
(2)三棱锥A－BCD，侧棱长为2 5 ，底面是边长为2 3 的等边三角形， 125
则该三棱锥外接球的体积为___6__π__.
解析 如图所示，该三棱锥为正三棱锥，O为底面 BCD的中心且AO垂直于底面BCD，O′在线段AO上， O′为外接球球心， 令 O′A＝O′D＝R，OD＝23DE＝23×2 3× 23＝2， AD＝2 5，
(2) 三 棱 锥 A － BCD 的 四 个 面 都 是 直 角 三 角 形 ， 且 侧 棱 AB 垂 直 于 底 面
BCD，BC⊥CD，AB＝BC＝2，且VA－BCD＝
4 3
，则该三棱锥A－BCD外接
球的体积为__4___3_π__.
解析 因为AB⊥BC，BC⊥CD，构造如图所示的长方体， 则AD为三棱锥A－BCD的外接球的直径. 设外接球的半径为R. ∵VA－BCD＝13×12×BC×CD×AB＝16×2×CD×2＝43， ∴CD＝2，∴该长方体为正方体，∴AD＝2 3，∴R＝ 3， 外接球体积为 V＝43πR3＝4 3π.
B，C，D都在同一球面上，则此球的体积为___3__.
解析 如图，设正四棱锥的底面中心为O1， ∴SO1垂直于底面ABCD，令外接球球心为O， ∴△ASC的外接圆就是外接球的一个轴截面圆， 外接圆的半径就是外接球的半径. 在△ASC 中，由 SA＝SC＝ 2，AC＝2，
得SA2＋SC2＝AC2. ∴△ASC是以AC为斜边的直角三角形. ∴A2C＝1 是外接圆的半径，也是外接球的半径. 故 V 球＝43π.
∴AO＝ AD2－OD2＝4，∴OO′＝4－R，
又OO′2＋OD2＝O′D2， ∴(4－R)2＋4＝R2，解得 R＝52，∴V 球＝43πR3＝1625π.
反思 感悟
球的切与接
AC 将矩形 ABCD 折成一个
ABCD 的外接球的体积是(
)
B. 125
9
C. 125
6
D. 125
3
三、球与球的组合体
对个多个小球结合在一起，组合成复杂的几何体问题，要求 有丰富的空间想象能力，解决本类问题需掌握恰当的处理手段， 如 准确确定各个小球的球心的位置关系，或者巧借截面图等方 法，将空间问题转化平面问题求解.
例 9 把一个皮球放入如图 10 所示的由 8 根长均为 20 cm 的铁丝接成的四棱锥形骨架内， 使皮球的表面 与 8 根铁丝都有接触点，则皮球的半径为（ A．l0 C．10
3 cm
2
）
B．10 cm D．30cm
图 10
cm
五、与三视图相结合的组合体问题
本类问题一般首先给出三视图，然后考查其直观图的相 关的组合体问题.解答的一般思路是根据三视图还原几何体，根 据几何体的特征选择以上介绍的方法进行求解.
例4、 设正四面体 S ABC 的棱长为 a ，内切球半径为 r ， 外接球的半径为 R ,则 r _____ R ________
2.2 球与三条侧棱互相垂直的三棱锥
例 5、 在正三棱锥 S ABC 中，M 、 N 分别是棱 且 AM
MN
SC、BC 的中点，
,若侧棱 SA 2 .
3 ,则正三棱锥 S ABC 外接球的
表面积是
2.3 球与正棱锥
例 6 在三棱锥 P－ ABC 中，PA＝PB=PC=
3 ,侧棱
PA
与底面 ABC 所成的角为 60°，则该三棱锥外接球的 体积为（ A． B.
Hale Waihona Puke 3） C. 4 D.
培优课 与球有关的切接问题课件-2024届高三上学期数学一轮总复习
所以球表面积S=4πR2=28π.
故选A.
常见的构造长方体模型
(1)若三棱锥的三条侧棱两两互相垂直,则可将其放入某个长方体内,如图1所示.
(2)若三棱锥的四个面均是直角三角形,则此时可构造长方体,如图2所示.
墙角模型
(3)正四面体 P-ABC 可以补形为正方体且正方体的棱长 a= ,如图 3 所示.
依然有外接圆圆心（外心），底面多边形的外心到底面各顶点的距离都相等，故过底面多边
形的外心作底面的垂线即可。
球心位置推广：过底面多边形的外心作底面的垂线，则垂线上任一点到多边形各顶点的距离
都相等，则外接球的球心位于这条垂线上，可利用勾股定理求出外接球半径。
两个类型：
一般地,设棱锥的高为H,底面外接圆圆心为1 ,底面外接圆半径为r,接球球心为,外接球半径
3 2
)
3
h为三棱锥的高，
a为底边长
圆柱外接球模型
ℎ
2
2 = 2 +( )2
侧面与底面垂直的锥体外接球半径模型
l 2
= + −( )
4
①面ABD与面CBD互相垂直
2
22
12
②1 、2 为上面两个面的外接圆半径
③l为两个面的交线，也即BD
2.普通棱锥的外接球：
对于普通棱锥来说，底面不是正多边形，也没有底面正多边形的中心的概念，但底面多边形
ℎ
棱柱外接球半径R满足：R2=(2)2+r2.
二、棱锥的外接球：
1．正四面体的外接球与内切球：
当正三棱锥的侧棱与底边相等时，构成正四面体。
题型一:若有三棱锥三边两两垂直的,则用补法构造一个长方体,该长体的体对线为该几何体的外
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圆锥内切球的体积。
练习4：将半径为R的5个球中的4个球放在桌 面上，并使每个球均与其它两个球相切，第 五个球则放在前四个球上面，形成一个 “塔”，则“塔顶”到桌面的高度是＿＿＿ ＿。
练习5：棱长为3的正四面体A－BCD，E、F 分别为AB、AC上的点，且AF＝2FC，BE＝ 2AE，求四面体A－EFD的内切球半径。
与球有关的接切问题
解答方法
球心截面法
补形法
（外接、棱切）
体
积
法
V多面体＝
1 3
S表
r内切球
（内 切）
S多边形＝
1 2
C
r内切圆
球心多面体法
（球球相切）
例2：求棱长为a的正四面体的外接球、棱切 球、内切球的体积之比。
例3：制作一个底面直径为4cm的圆柱形容器， 要内装直径为2cm的钢球26只，则容器至少要 多高？
SUCCESS
THANK YOU
2020/2/的体积各是多少？
练习2：在单位正方体中，作一个内切球O， 再在正方体八个角上各放一小球，使它们都 和球外切，且分别与正方体三个面相切。求 小球半径。
练习3：一个高为16的圆锥内接于一个体积为 972 的球，在圆锥内又有一个内切球。
（2003年高中数学联赛题）：将八个半径为1 的球分两层放置在一个圆柱内，使每个球与 其它相邻四个球相切，且与圆柱的一个底面 及侧面都相切，则此圆柱的高等于＿＿＿。
SUCCESS
THANK YOU
2020/2/2
与球有关的接切问题
忠县拔山中学 张 忠
与球有关的接切问题
类型：内切球、棱切球、外接球
几何体相切：
一个几何体各个面分别与另一个几 何体各个面相切。
几何体棱切：
一个几何体各个面分别与另一个几 何体各条棱相切。
几何体外接：
一个几何体所有顶点都在另一个几 何体表面上。
例1：有三个球，第一个球内切于正方体的六 个面，第二个球与这个正方体的六条棱都相 切，第三个球过这个正方体的各个顶点。求 这三个球的表面积之比。