柱锥台的体积
柱体、锥体、台体、球的体积与球的表面积
柱体、锥体、台体、球的体积与球的表面积学习目标 1.掌握柱体、锥体、台体的体积公式，会利用它们求有关几何体的体积.2.了解球的表面积与体积公式，并能应用它们求球的表面积及体积.3.会求简单组合体的体积及表面积．知识点一 柱体、锥体、台体的体积公式1．柱体的体积公式V ＝Sh (S 为底面面积，h 为高)； 2．锥体的体积公式V ＝13Sh (S 为底面面积，h 为高)；3．台体的体积公式V ＝13(S ′＋S ′S ＋S )h (S ′、S 为上、下底面面积，h 为高)；4．柱体、锥体、台体的体积公式之间的关系V ＝ShV ＝13(S ′＋S ′S ＋S )hV ＝13Sh .知识点二 球的表面积和体积公式1．球的表面积公式S ＝4πR 2(R 为球的半径)； 2．球的体积公式V ＝43πR 3.类型一 柱体、锥体、台体的体积例1 (1)如图所示，已知三棱柱ABC －A 1B 1C 1的所有棱长均为1，且AA 1⊥底面ABC ，则三棱锥B 1－ABC 1的体积为( )A.312B.34C.612D.64答案 A解析 三棱锥B 1－ABC 1的体积等于三棱锥A －B 1BC 1的体积，三棱锥A －B 1BC 1的高为32，底面积为12，故其体积为13×12×32＝312.(2)现有一个底面直径为20 cm 的装有一部分水的圆柱形玻璃杯，水中放着一个底面直径为6 cm ，高为20 cm 的圆锥形铅锤，铅锤完全浸没在水中．当铅锤从水中取出后，杯里的水将下降( )A ．0.6 cmB ．0.15 cmC ．1.2 cmD ．0.3 cm 答案 A解析 设杯里的水下降h cm ，由题意知π(202)2h ＝13×20×π×32，解得h ＝0.6 cm.反思与感悟 (1)常见的求几何体体积的方法 ①公式法：直接代入公式求解．②等积法：如四面体的任何一个面都可以作为底面，只需选用底面积和高都易求的形式即可． ③分割法：将几何体分割成易求解的几部分，分别求体积． (2)求几何体体积时需注意的问题柱、锥、台体的体积的计算，一般要找出相应的底面和高，要充分利用截面、轴截面，求出所需要的量，最后代入公式计算．跟踪训练1 (1)如图所示，在长方体ABCD －A ′B ′C ′D ′中，用截面截下一个棱锥C －A ′DD ′，求棱锥C －A ′DD ′的体积与剩余部分的体积之比．解 设AB ＝a ，AD ＝b ，AA ′＝c ， ∴V C －A ′D ′D ＝13CD ·S △A ′D ′D ＝13a ·12bc ＝16abc ，∴剩余部分的体积为V ABCD －A ′B ′C ′D ′－V C －A ′D ′D ＝abc －16abc ＝56abc ，∴棱锥C －A ′DD ′的体积与剩余部分的体积之比为1∶5.(2)已知一个三棱台上、下底面分别是边长为20 cm 和30 cm 的正三角形，侧面是全等的等腰梯形，且侧面面积等于上、下底面面积之和，求棱台的高和体积．解 如图，在三棱台ABC －A ′B ′C ′中，取上、下底面的中心分别为O ′，O ，BC ，B ′C ′的中点分别为D ，D ′，则DD ′是梯形BCC ′B ′的高． 所以S 侧＝3×12×(20＋30)×DD ′＝75DD ′.又因为A ′B ′＝20 cm ，AB ＝30 cm ，则上、下底面面积之和为S 上＋S 下＝34×(202＋302)＝3253(cm 2)．由S 侧＝S 上＋S 下，得75DD ′＝3253，所以DD ′＝1333(cm)，O ′D ′＝36×20＝1033(cm)，OD ＝36×30＝53(cm)， 所以棱台的高h ＝O ′O ＝D ′D 2－(OD －O ′D ′)2 ＝(1333)2－(53－1033)2＝43(cm)． 由棱台的体积公式，可得棱台的体积为V ＝h 3(S 上＋S 下＋S 上·S 下)＝433×(34×202＋34×302＋34×20×30)＝1 900(cm 3)．类型二 球的表面积与体积命题角度1 与球有关的切、接问题例2 (1)求球与它的外切等边圆锥(轴截面是正三角形的圆锥叫等边圆锥)的体积之比．解 如图等边△ABC 为圆锥的轴截面，截球面得圆O . 设球的半径OE ＝R ， OA ＝OE sin 30°＝2OE ＝2R ，∴AD ＝OA ＋OD ＝2R ＋R ＝3R ， BD ＝AD ·tan 30°＝3R ， ∴V 球＝43πR 3，V 圆锥＝13π·BD 2×AD ＝13π(3R )2×3R ＝3πR 3，则V 球∶V 圆锥＝4∶9.(2)设长方体的长、宽、高分别为2a ，a ，a ，其顶点都在一个球面上，则该球的表面积为( )A ．3πa 2B ．6πa 2C ．12πa 2D ．24πa 2 答案 B解析 长方体的体对角线是其外接球的直径，由长方体的体对角线为(2a )2＋a 2＋a 2＝6a ， 得球的半径为62a ，则球的表面积为4π(62a )2＝6πa 2. 反思与感悟 (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r 1＝a2，过在一个平面上的四个切点作截面如图①. (2)球与正方体的各条棱相切球与正方体的各条棱相切于各棱的中点，过球心作正方体的对角面有r 2＝22a ，如图②. (3)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 ，则过球心作长方体的对角面有球的半径为r 3＝12a 2＋b 2＋c 2，如图③.(4)正方体的外接球正方体棱长a 与外接球半径R 的关系为2R ＝3a . (5)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 ＝62a . 跟踪训练2 (1)正方体的内切球与其外接球的体积之比为( ) A ．1∶ 3 B ．1∶3 C ．1∶3 3 D ．1∶9 答案 C解析 设正方体的棱长为1，则正方体内切球的半径为棱长的一半即为12，外接球的直径为正方体的体对角线， ∴外接球的半径为32， ∴其体积比为43π×(12)3∶43π×(32)3＝1∶3 3.(2)长方体的共顶点的三个侧面面积分别为3、5、15，则它的外接球表面积为_______． 答案 9π解析 设长方体共顶点的三条棱长分别为a 、b 、c ，则⎩⎨⎧ab ＝3，bc ＝5，ac ＝15，解得⎩⎨⎧a ＝3，b ＝1，c ＝5，∴外接球半径为a 2＋b 2＋c 22＝32，∴外接球表面积为4π×(32)2＝9π.命题角度2 球的截面例3 在球内有相距9 cm 的两个平行截面面积分别为49π cm 2和400π cm 2，求此球的表面积． 解 方法一 (1)若两截面位于球心的同侧，如图(1)所示的是经过球心O 的大圆截面，C ，C 1分别是两平行截面的圆心，设球的半径为R cm ，截面圆的半径分别为r cm ，r 1 cm.由πr 21＝49π，得r 1＝7(r 1＝－7舍去)， 由πr 2＝400π，得r ＝20(r ＝－20舍去)．在Rt △OB 1C 1中，OC 1＝R 2－r 21＝R 2－49，在Rt △OBC 中，OC ＝R 2－r 2＝R 2－400.由题意可知OC 1－OC ＝9，即R 2－49－R 2－400＝9， 解此方程，取正值得R ＝25.(2)若球心在截面之间，如图(2)所示，OC 1＝R 2－49，OC ＝R 2－400.由题意可知OC 1＋OC ＝9， 即R 2－49＋R 2－400＝9.整理，得R 2－400＝－15，此方程无解，这说明第二种情况不存在．综上所述，此球的半径为25 cm.∴S球＝4πR2＝4π×252＝2 500π(cm2)．方法二(1)若截面位于球心的同侧，同方法一，得OC21＝R2－49，OC2＝R2－400，两式相减，得OC21－OC2＝400－49⇔(OC1＋OC)(OC1－OC)＝351.又OC1－OC＝9，∴OC1＋OC＝39，解得OC1＝24，OC＝15，∴R2＝OC2＋r2＝152＋202＝625，∴R＝25 cm.(以下略)反思与感悟设球的截面圆上一点A，球心为O，截面圆心为O1，则△AO1O是以O1为直角顶点的直角三角形，解答球的截面问题时，常用该直角三角形求解，并常用过球心和截面圆心的轴截面．跟踪训练3把本例的条件改为“球的半径为5，两个平行截面的周长分别为6π和8π”，则两平行截面间的距离是()A．1 B．2 C．1或7 D．2或6答案 C解析画出球的截面图，如图所示．两平行直线是球的两个平行截面的直径，有两种情形：①两个平行截面在球心的两侧，②两个平行截面在球心的同侧．对于①，m＝52－32＝4，n＝52－42＝3，两平行截面间的距离是m＋n＝7；对于②，两平行截面间的距离是m－n＝1.故选C.类型三组合体的体积例4某几何体的三视图如图所示，则该几何体的体积为()A.13＋π B.23＋π C.13＋2π D.23＋2π 答案 A解析 由三视图可知该几何体是一个三棱锥与半个圆柱的组合体，V ＝12π×12×2＋13×(12×1×2)×1＝π＋13.故选A.反思与感悟 此类问题的关键是把三视图还原为空间几何体，再就是代入公式计算，注意锥体与柱体两者的体积公式的区别．解答组合体问题时，要注意知识的横向联系，善于把立体几何问题转化为平面几何问题，运用方程思想与函数思想解决，融计算、推理、想象于一体． 跟踪训练4 如图，是一个奖杯的三视图(单位：cm)，底座是正四棱台，求这个奖杯的体积．解 三视图复原的几何体下部是底座是正四棱台，中部是圆柱，上部是球． 这个奖杯的体积V ＝13h (S 上＋S 上S 下＋S 下)＋22π·16＋4π3×33＝336＋100π(cm 3)．1．已知一个铜质的五棱柱的底面积为16 cm 2，高为4 cm ，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 ．2 cm B ．3 cm C ．4 cm D ．8 cm 答案 C解析 ∵铜质的五棱柱的底面积为16 cm 2，高为4 cm ， ∴铜质的五棱柱的体积V ＝16×4＝64(cm 3)， 设熔化后铸成一个正方体的铜块的棱长为a cm ， 则a 3＝64，解得a ＝4 cm ，故选C.2.已知高为3的棱柱ABC —A 1B 1C 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( )A.14B.12C.36D.34答案 D解析 V ＝13Sh ＝13×34×3＝34.3．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 B ．4π C ．8π D ．16π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×12＝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解析 设球的半径为R ，则V 柱＝πR 2·2R ＝2πR 3，V 锥＝13πR 2·2R ＝23πR 3，V 球＝43πR 3，故V 柱∶V锥∶V 球＝2πR 3∶23πR 3∶43πR 3＝3∶1∶2.5．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积的和，即12×4π＋π＝3π.1．柱体、锥体、台体的体积之间的内在关系为V 柱体＝Sh ←―――S ′＝S V 台体＝13h (S ＋SS ′＋S ′)――→S ′＝0V 锥体＝13Sh .2．在三棱锥A －BCD 中，若求点A 到平面BCD 的距离h ，可以先求V A －BCD ，h ＝3V S △BCD.这种方法就是用等体积法求点到平面的距离，其中V 一般用换顶点法求解，即V A －BCD ＝V B －ACD ＝V C －ABD ＝V D －ABC ，求解的原则是V 易求，且△BCD 的面积易求．3．求几何体的体积，要注意分割与补形．将不规则的几何体通过分割或补形将其转化为规则的几何体求解．4．利用球的半径、球心到截面圆的距离、截面圆的半径可构成直角三角形，进行相关计算． 5．解决球与其他几何体的切接问题时，通常先作截面，将球与几何体的各量体现在平面图形中，再进行相关计算．课时作业一、选择题1．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 ．π B ．2π C ．4π D ．8π 答案 B解析 设圆柱母线长为l ，底面半径为r ，由题意得⎩⎪⎨⎪⎧ l ＝2r ，2πrl ＝4π，解得⎩⎪⎨⎪⎧r ＝1，l ＝2.∴V 圆柱＝πr 2l ＝2π.2．如图，在正方体中，四棱锥S －ABCD 的体积占正方体体积的( )A.12B.13C.14 D ．不确定 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，根据柱体和锥体的体积公式，得四棱锥S －ABCD 的体积占正方体体积的13，故选B.3．如图是某几何体的三视图，则该几何体的体积为( )A.92π＋12 B.92π＋18 C ．9π＋42 D ．36π＋18答案 B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 ＝43π(32)3＋3×3×2＝92π＋18. 4．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( )A.13B.12C.23D.34答案 C解析 ∵V C －A ′B ′C ′＝13V ABC －A ′B ′C ′＝13，∴V C －AA ′B ′B ＝1－13＝23.5．一平面截一球得到直径为6 cm 的圆面，球心到这个圆面的距离是4 cm ，则该球的体积是( ) A.100π3 cm 3B.208π3 cm 3C.500π3 cm 3D.4163π3cm 3答案 C解析 如图，根据题意， |OO 1|＝4 cm ，|O 1A |＝3 cm ，∴|OA |＝R ＝|OO 1|2＋|O 1A |2＝5(cm)， 故球的体积V ＝43πR 3＝500π3(cm 3)．故选C.6．一个正四棱柱的各个顶点都在一个半径为2 cm 的球面上，如果正四棱柱的底面边长为2 cm ，那么该棱柱的表面积为( ) A ．(2＋42) cm 2 B ．(4＋82) cm 2 C ．(8＋162) cm 2 D ．(16＋322) 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2 cm 的球面上，正四棱柱的底面边长为2 cm ，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2×22＋4×2×22＝8＋162，故选C.7.如图，在梯形ABCD 中，∠ABC ＝π2，AD ∥BC ，BC ＝2AD ＝2AB ＝2，将梯形ABCD 绕AD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( )A.23πB.43πC.53π D ．2π答案 C解析由题意，旋转而成的几何体是圆柱，挖去一个圆锥(如图)，该几何体的体积为π×12×2－13×π×12×1＝53π.8．一个表面积为36π的球外切于一圆柱，则圆柱的表面积为()A．45π B．27π C．36π D．54π答案 D解析因为球的表面积为36π，所以球的半径为3，因为该球外切于圆柱，所以圆柱的底面半径为3，高为6，所以圆柱的表面积S＝2π×32＋2π×3×6＝54π.二、填空题9．如图，三棱柱A1B1C1－ABC中，已知D，E，F分别为AB，AC，AA1的中点，设三棱锥A －FED的体积为V1，三棱柱A1B1C1－ABC的体积为V2，则V1∶V2的值为________．答案124解析设三棱柱的高为h，∵F是AA1的中点，则三棱锥F－ADE的高为h2，∵D，E分别是AB，AC的中点，∴S△ADE＝14S△ABC，∵V1＝13S△ADE·h2，V2＝S△ABC·h，∴V1V2＝16S△ADE·hS△ABC·h＝124.10．圆锥的侧面展开图为扇形，若其弧长为2π cm，半径为 2 cm，则该圆锥的体积为___ cm3. 答案π3解析∵圆锥的侧面展开图的弧长为2π cm，半径为 2 cm，故圆锥的底面周长为2π cm，母线长为 2 cm ，则圆锥的底面半径为1，高为1，则圆锥的体积V ＝13·π·12·1＝π3.11．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________．答案2π6＋16解析 由已知的三视图可知原几何体的上方是三棱锥，下方是半球，∴V ＝13×(12×1×1)×1＋[43π(22)3]×12＝16＋2π6. 12．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________． 答案 3π解析 满足题意的四面体为如图所示的正方体中的三棱锥V －ABC ，所以VA ＝AB ＝BC ＝1，VB ＝AC ＝2，其外接球即为该正方体的外接球，故其半径为R ＝32， 所以该四面体外接球的表面积为4π×(32)2＝3π. 三、解答题13．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°)解 过C 作CO 1⊥AB 于点O 1，由已知得∠BCA ＝90°， ∵∠BAC ＝30°，AB ＝2R ， ∴AC ＝3R ，BC ＝R ，CO 1＝32R . ∴S 球＝4πR 2，1圆锥侧AO S ＝π×32R ×3R ＝32πR 2， 1圆锥侧BO S ＝π×32R ×R ＝32πR 2，∴11几何体表球圆锥侧圆锥侧＝＋＋AO BO S S S S＝4πR 2＋32πR 2＋32πR 2＝11＋32πR 2.又∵V 球＝43πR 3，1圆锥AO V ＝13·AO 1·π·CO 21＝14πR 2·AO 1， 1圆锥BO V ＝13·BO 1·π·CO 21＝14πR 2·BO 1， ∴V 几何体＝V 球－()11圆锥圆锥＋AO BO V V ＝56πR 3.四、探究与拓展14．圆柱形容器内盛有高度为6 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( )A ．1 cmB ．2 cmC ．3 cmD ．4 cm答案 C解析 设球半径为r ，则由3V 球＋V 水＝V 柱，可得 3×43πr 3＋πr 2×6＝πr 2×6r ，解得r ＝3. 15．如图所示，已知某几何体的三视图如下(单位：cm)．(1)画出这个几何体(不要求写画法)； (2)求这个几何体的表面积及体积． 解 (1)这个几何体如图所示．(2)这个几何体可看成是正方体AC 1及直三棱柱B 1C 1Q －A 1D 1P 的组合体． 由P A 1＝PD 1＝ 2 cm ，A 1D 1＝AD ＝2 cm ， 可得P A 1⊥PD 1.故所求几何体的表面积S ＝5×22＋2×2×2＋2×12×(2)2＝22＋42(cm 2)，所求几何体的体积V ＝23＋12×(2)2×2＝10(cm 3)．。
北师大数学必修二新素养应用案巩固提升：第一章2 柱锥台的体积 含解析
7．2柱、锥、台的体积柱、锥、台的体积公式几何体公式说明柱体V柱体＝ShS为柱体的底面积，h为柱体的高锥体V锥体＝13ShS为锥体的底面积，h为锥体的高台体V台体＝13(S上＋S下＋S上·S下)×hS上、S下分别为台体的上、下底面积，h为台体的高1．判断正误．(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)如果两个柱体的体积相等，则表面积相等．()(2)如果一个柱体和一个锥体的体积相等，则两几何体的底面积相同．()(3)锥体的体积是柱体体积的13.()(4)柱体、锥体、台体这些简单几何体的体积只与该几何体的底面积和高有关．()答案：(1)×(2)×(3)×(4)√2．已知有一个圆柱形水缸，其中底面半径为0.5 m，里面水高度为0.8 m，现在有一个不规则几何体放进水缸，并且完全浸入水中，水面上升到1.2 m，则此不规则几何体体积约为(精确到0.1，π取3.14)()A．0.4 m3B．0.2 m3C．0.3 m3D．0.8 m3解析：选C.由水面上升0.4 m得体积V＝π·0.52×0.4＝0.1π≈0.3(m3)．3．圆台的上、下底面的面积分别为π，4π，侧面积是6π，这个圆台的体积是() A.23π3B．23πC.73π6D．73π3解析：选D.设上、下底面半径为r′，r，母线长为l，则⎩⎪⎨⎪⎧πr′2＝π，πr2＝4π，π（r′＋r）·l＝6π，所以⎩⎪⎨⎪⎧r′＝1，r＝2，l＝2.圆台的高h ＝l 2－（r －r ′）2＝3，所以V 圆台＝13(π＋π·4π＋4π)·3＝73π3.4．如图是一个几何体的三视图，若它的体积是33，则a ＝________.解析：由三视图可知几何体为一个直三棱柱，底面三角形中边长为2的边上的高为a ， 则V ＝3×⎝⎛⎭⎫12×2×a ＝33， 所以a ＝ 3. 答案： 3求不规则几何体的体积可通过对几何体分割，使每部分能够易求得其体积，也可将其“补”成规则几何体，使所求体积等于整体几何体的体积减去部分几何体的体积，这就是我们常说的割补法，是解决此类问题的常用方法，还要注意不同的割补方式会得到不同的几何体，做题时要仔细观察．柱体、锥体的体积如图，某几何体的主视图是平行四边形，左视图和俯视图都是矩形，求该几何体的体积．[解] 由三视图知，该几何体为平行六面体，由图知高h ＝ 22－12＝ 3.底面积：S ＝3×3＝9， 所以其体积V ＝9 3.在本例中，几何体的体积还可以怎样解？解：以▱A 1ABB 1所在平面为底面，变成一个直棱柱，由主视图及俯视图可得A 1E ＝3，S ▱A 1ABB 1＝33，V 柱＝33×3＝9 3.求柱体、锥体体积常用的方法(1)公式法：直接代入公式求解．(2)等积法：如四面体的任何一个面都可以作为底面，只需选用底面积和高都易求的形式即可．(3)补体法：将几何体补成易求解的几何体，如棱锥补成棱柱、三棱柱补成四棱柱等． (4)分割法：将几何体分割成易求解的几部分，分别求体积．1.(1)一个六棱锥的体积为23，其底面是边长为2的正六边形，侧棱长都相等，则该六棱锥的侧面积为________．(2)如图所示，正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1的棱长为a ，过顶点B ，D ，A 1截下一个三棱锥． ①求剩余部分的体积；②求三棱锥A -A 1BD 的体积及高．解：(1)设正六棱锥的高为h ，侧面的斜高为h ′. 由题意，得13×6×12×2×3×h ＝23，所以h ＝1， 所以斜高h ′＝12＋（3）2＝2，所以S 侧＝6×12×2×2＝12.故填12.(2)①V 三棱锥A 1ABD ＝13S △ABD ·A 1A＝13×12·AB ·AD ·A 1A ＝16a 3. 故剩余部分的体积V ＝V 正方体－V 三棱锥A 1-ABD ＝a 3－16a 3＝56a 3. ②V 三棱锥A 1-ABD ＝V 三棱锥A 1-ABD＝16a 3. 设三棱锥A -A 1BD 的高为h ， 则V 三棱锥A 1-ABD ＝13·S △A 1BD·h ＝13×12×32(2a )2h ＝36a 2h ， 故36a 2h ＝16a 3，解得h ＝33a . 台体的体积设圆台的高为3，其轴截面(过圆台轴的截面)如图所示，母线A 1A 与底面圆的直径AB 的夹角为60°，在轴截面中A 1B ⊥A 1A ，求圆台的体积V .[解] 设AB的中点为O ，连接A 1O ，作A 1D ⊥AB ，易知A 1D ＝3， 因A 1B ⊥A 1A ，则在Rt △A 1AB 中，A 1O ＝12AB ＝AO .又因∠A 1AB ＝60°，所以△A 1AO 为等边三角形． 所以在△A 1AO 中A 1D ＝32AO ＝3，得AO ＝2 3.设圆台的上、下底面半径分别为r ，R . 所以R ＝AO ＝23，r ＝12A 1B 1＝12OB ＝12AO ＝DO ＝ 3. 由V ＝13π×3×(12＋23×3＋3)＝π×(12＋6＋3)＝21π.故圆台体积为21π.(1)求台体的体积，其关键在于求高，一般地，把高放在直角梯形中求解．(2)“还台为锥”是一种求解台体的重要思想．借助相似等手段以及相关知识求解．2.(1)已知正六棱台的上、下底面边长分别为2和4，高为2，则其体积为________．(2)正四棱台的侧棱长为3 cm ，两底面边长分别为1 cm 和5 cm ，求体积．解：(1)由题意可得六棱台上、下底面的面积分别为S 上＝63，S 下＝243，高h ＝2，所以V 六棱台＝13h (S 上＋S 下＋S 上·S 下)＝13×2×(63＋243＋123)＝28 3.故填28 3.(2)正四棱台ABCD -A 1B 1C 1D 1中，O 1、O 分别是两底面的中心．因为A 1C 1＝2，AC ＝52，所以A 1O 1＝22，AO ＝522， 所以O 1O ＝32－⎝⎛⎭⎫522－222＝1，V ＝13×1×(12＋52＋12×52)＝13(1＋25＋5)＝313(cm 3)． 组合体的体积如图所示，已知等腰梯形ABCD 的上底AD ＝2 cm ，下底BC ＝10 cm ，底角∠ABC ＝60°，现绕腰AB 旋转一周，求所得的旋转体的体积．[解] 过D 作DE ⊥AB 于E ，过C 作CF ⊥AB 于F ，Rt △BCF 绕AB 旋转一周形成以CF 为底面半径，BC 为母线长的圆锥；直角梯形CFED 绕AB 旋转一周形成圆台；直角三角形ADE 绕AB 旋转一周形成圆锥，那么梯形ABCD 绕AB 旋转一周所得的几何体是以CF 为底面半径的圆锥和圆台，挖去以A 为顶点、以DE 为底面半径的圆锥的组合体．因为AD ＝2，BC ＝10，∠ABC ＝60°， 所以在Rt △BCF 中，BF ＝5，FC ＝5 3. 因为AD ∥BC ，所以∠DAE ＝∠ABC ＝60°， 所以在Rt △ADE 中，DE ＝3，AE ＝1. 又在等腰梯形ABCD 中可求AB ＝8，所以AF ＝AB －BF ＝8－5＝3，EF ＝AE ＋AF ＝4， 所以旋转后所得几何体的体积为V ＝13π·BF ·FC 2＋13π·EF ·(DE 2＋FC 2＋DE ·FC )－13π·AE ·DE 2＝13π·5·(53)2＋13π·4·[(3)2＋(53)2＋3·5 3 ]－13π·1·(3)2＝248π(cm 3)， 故所得的旋转体的体积为248π cm 3.解组合体的体积的步骤第一步：弄清组合体的构成；第二步：求出各部分简单几何体的体积；第三步：把第二步解出的体积相加或者相减，得组合体的体积．3.(1)一个几何体的三视图如图所示(单位：m)，则该几何体的体积为________m 3.(2)某几何体的三视图如图所示，则该几何体的体积是________．解析：(1)此几何体是由一个长为3，宽为2，高为1的长方体与底面直径为2，高为3的圆锥组合而成的，故V＝V长方体＋V圆锥＝3×2×1＋1π×12×3＝(6＋π)m3.3(2)圆柱的底面半径为2，母线长为4，其体积V1＝Sh＝π×22×4＝16π；被挖去一个底面是边长为2的正方形，侧棱长为4的长方体，其体积V2＝22×4＝16.故该几何体的体积是V＝V1－V2＝16π－16.答案：(1)6＋π(2)16π－16规范解答几何体体积求解(本题满分12分)如图，一个高为H的三棱柱形容器中盛有水，若侧面AA1B1B 水平放置时，液面恰好分别过AC，BC，A1C1，B1C1的中点E，F，E1，F1.当底面ABC水平放置时，液面高为多少？[解]当侧面AA1B1B水平放置时，水的体积V等于四棱柱ABFE-A1B1F1E1的体积，V＝V四棱柱＝S梯形ABFE·H. (4分)当底面ABC水平放置时，设水面高为h，则水的体积V＝S△ABC·h. (6分)因为E，F分别为AC，BC的中点，所以S△CEF＝14S△ABC，所以S梯形ABFE＝34S△ABC. (9分)由S梯形ABFE·H＝S△ABC·h，即34S△ABC ·H＝S△ABC·h，得h＝34H，(11分)故当底面ABC水平放置时，液面高为34H.(12分)失分点，此处易误认为是棱台导致解错．明确相似三角形的面积与对应边的关系，易错点．解题步骤要完整，此结论易漏掉．在求几何体的条件时，确定几何体的特征至关重要，尤其是不熟悉的放置位置时，更要准确把握几何体的类型．在研究两个几何体的体积、表面积的关系时，充分利用平面几何中面积或线段的比例，可以大大简化运算，降低出错率．1．圆锥底面半径为3，母线长为5，则这个圆锥的体积为()A．36πB．18πC．45πD．12π解析：选D.设圆锥的高为h，则h＝52－32＝4，故圆锥体积V＝13πr2h＝13π×32×4＝12π.2．已知一个圆柱的底面直径和母线长均为4，则该圆柱的体积为()A．2πB．4πC．8πD．16π解析：选D.由已知得圆柱的底面半径为2，高为4，故其体积为π×22×4＝16π.3．如图所示，在三棱柱ABC -A 1B 1C 1中，E ，F 分别是AB ，AC 的中点，设三棱柱ABC -A 1B 1C 1的体积为V ，那么三棱台AEF -A 1B 1C 1的体积为________(用V 表示)．解析：设△ABC 的面积为S ，则S △AEF ＝14S ，所以V 台＝13⎝⎛⎭⎫S ＋S ·14S ＋14S ·h ＝13×74Sh ＝712V . 答案：712V4．如图，一个底面直径为20 cm 的装有一部分水的圆柱形玻璃杯，水中放着一个底面直径为6 cm ，高为20 cm 的一个圆锥形铅锤，当铅锤从水中取出后，杯里的水将下降几厘米？(π≈3.14)解：设水面下降的高度为x cm ，因为圆锥形铅锤的体积为13×π×⎝⎛⎭⎫622×20＝60π(cm 3)，小圆柱的体积为π×(20÷2)2×x ＝100πx (cm 3)．所以60π＝100πx ，解得x ＝0.6(cm)．则铅锤取出后，杯中水面下降了0.6 cm., [学生用书P107(单独成册)])[A 基础达标]1．若一个圆锥的轴截面(过圆锥顶点和底面直径的截面)是等边三角形，其面积为3，则这个圆锥的体积为( )A ．3πB ．33π C.3πD ．32π 解析：选B.设圆锥的底面半径为R ，依题意知该圆锥的高即轴截面的高h ＝32·2R ＝3R ，所以12·2R ·3R ＝3，解得R ＝1.所以V ＝13×π×12×3＝33π.2．将两个棱长为10 cm 的正方体铜块熔化后铸成底面边长为5 cm 的正四棱柱，则该四棱柱的高为( )A ．8 cmB ．80 cmC ．40 cmD ．165cm解析：选B.设正四棱柱的高为h cm ，依题意得5×5×h ＝2×103，解得h ＝80(cm)． 3．一个棱锥的三视图如图所示，则它的体积为( )A.12 B ．32C ．1D ．13解析：选A.由三视图可知该几何体为四棱锥，棱锥的体积V ＝13×⎝ ⎛⎭⎪⎫1＋22×1×1＝12. 4．正三棱柱的侧面展开图是边长为2和4的矩形，则该正三棱柱的体积是( ) A.839B ．439C.239D ．439或839解析：选D.当2为正三棱柱的底面周长时，正三棱柱底面三角形的边长a ＝23，底面面积S ＝34a 2＝39，正三棱柱的高h ＝4，所以正三棱柱的体积V ＝Sh ＝439；当4为正三棱柱的底面周长时，正三棱柱底面三角形的边长a ′＝43，底面面积S ′＝34a ′2＝439，正三棱柱的高h ′＝2，所以正三棱柱的体积V ′＝S ′h ′＝839.所以正三棱柱的体积为439或839.5．某几何体的三视图如图所示，则该几何体的体积为( )A ．8－2πB ．8－πC ．8－π2D ．8－π4解析：选B.这是一个正方体切掉两个14圆柱后得到的几何体，如图，几何体的高为2，V＝23－14×π×12×2×2＝8－π.故选B.6．一个长方体的三个面的面积分别是2，3，6，则这个长方体的体积为________． 解析：设长方体的棱长分别为a ，b ，c ，则⎩⎪⎨⎪⎧ab ＝2，ac ＝3，bc ＝6，三式相乘可知(abc )2＝6，所以长方体的体积V ＝abc ＝ 6.答案： 67．如图是一个几何体的三视图，其中主视图和左视图都是一个两底长分别为2和4，腰长为2的等腰梯形，则该几何体的体积是________．解析：由三视图可知此几何体为一圆台，上底半径为2，下底半径为1，不难求出此圆台的高，如图，h ＝（2）2－12＝1，故体积V ＝13π·(22＋2×1＋12)×1＝7π3.答案：7π38．若圆柱的高扩大为原来的4倍，底面半径不变，则圆柱的体积扩大为原来的__________倍；若圆柱的高不变，底面半径扩大为原来的4倍，则圆柱的体积扩大为原来的________倍．解析：圆柱的体积公式为V圆柱＝πr 2h ，底面半径不变，高扩大为原来的4倍时，其体积也变为原来的4倍；高不变，底面半径扩大为原来的4倍时，其体积变为原来的42＝16倍．答案：4 169．四边形ABCD 中，A (0，0)，B (1，0)，C (2，1)，D (0，3)，将四边形绕y 轴旋转一周，求所得旋转体的体积．解：因为C (2，1)，D (0，3)，所以圆锥的底面半径r ＝2，高h ＝2. 所以V 圆锥＝13πr 2h ＝13π×22×2＝83π.因为B (1，0)，C (2，1)，所以圆台的两个底面半径R ＝2，R ′＝1， 高h ′＝1.所以V 圆台＝13πh ′(R 2＋R ′2＋RR ′)＝13π×1×(22＋12＋2×1)＝73π， 所以V ＝V 圆锥＋V 圆台＝5π. 10．一几何体的三视图如图： (1)画出它的直观图；(2)求该几何体的体积．解：(1)其直观图如下．(2)这个几何体是一个三棱锥．由三视图知：AC＝5 cm，作BD⊥AC于D，则BD＝125cm，得S底＝5×125×12＝6(cm2)，高h＝6 cm，得V＝13×6×6＝12(cm3)．[B能力提升]11．已知某几何体的三视图如图所示，则该几何体的体积为()A．2πB．3πC ．5πD ．7π解析：选B.由三视图可知，此几何体是底面半径为1，高为4的圆柱被从母线的中点处截去了圆柱的14，根据对称性，可补全此圆柱如图，故体积V ＝34×π×12×4＝3π. 12．一个圆锥形容器和一个圆柱形容器，它们的轴截面尺寸如图所示，两容器内所盛液体的体积正好相等，且液面高度h 正好相同，则h ＝________．解析：设圆锥形容器的液面的半径为R ，则液体的体积为13πR 2h ，圆柱形容器内的液体体积为π⎝⎛⎭⎫a 22h . 根据题意，有13πR 2h ＝π⎝⎛⎭⎫a 22h ，解得R ＝32a .再根据圆锥形容器的轴截面与内盛液体轴截面是相似三角形，得32a a ＝ha ，所以h ＝32a . 答案：32a 13.如图所示，已知三棱柱ABC -A ′B ′C ′，侧面B ′BCC ′的面积是S ，点A ′到侧面B ′BCC ′的距离是a ，求证：三棱柱ABC -A ′B ′C ′的体积V ＝12Sa .证明：法一：如图所示，连接A ′B ，A ′C ，这样就把三棱柱分割成了两个棱锥．显然三棱锥A ′ABC 的体积是13V ，而四棱锥A ′BCC ′B ′的体积为13Sa ，故有13V ＋13Sa ＝V ，所以三棱柱ABC -A ′B ′C ′的体积V ＝12Sa .法二：如图所示，将三棱柱ABC -A ′B ′C ′补成一个四棱柱ACBD -A ′C ′B ′D ′，其中AC ∥BD ，AD ∥BC ，即ACBD 为一个平行四边形，显然三棱柱ABD A ′B ′D ′的体积与原三棱柱ABC -A ′B ′C ′的体积相等．因为四棱柱ACBD -A ′C ′B ′D ′以BCC ′B ′为底面，高为点A ′到面BCC ′B ′的距离，所以补形后的四棱柱的体积为Sa ，于是三棱柱ABC -A ′B ′C ′的体积V ＝12Sa .14．(选做题)如图，有个水平放置的圆台形容器，上、下底面半径分别为2分米、4分米，高为5分米，现以每秒3立方分米的速度往容器里面注水，当水面的高度为3分米时，求所用的时间．(精确到0.01秒)解：如图，设水面的半径为r 分米，则EH ＝(r －2)分米，BG ＝2分米，在△ABG 中，因为EH ∥BG ， 所以AH AG ＝EH BG .因为AH ＝2分米，所以25＝r －22.所以r ＝145(分米)．所以当水面的高度为3分米时，容器中水的体积为 V 水＝13π·3⎣⎡⎦⎤⎝⎛⎭⎫1452＋145×4＋42＝876π25(立方分米)． 所以所用的时间为876π253＝292π25≈36.69(秒)．所以所用的时间约为36.69秒．。
_柱体椎体台体的表面积与体积
(变式) 球的内接长方体的长、宽、高分别为3、
2、 3,求此球体的表面积和体积。
分析：长方体内接于球，则由 球和长方体都是中心对称图形 可知，它们中心重合，则长方
体体对角线与球的直径相等。
解：Q 长方体内接于球
球的直径等于长方体的体对角线长
(2 R)2 32 22 ( 3)2 16 R 2
V Sh
S为底面面积， S分别为上、下底面
S为底面面积，
h为锥体高
面积，h 为台体高
h为柱体高
例3 有一堆规格相同的铁制（铁的密是 7.8g/cm3 ）六 角螺帽共重5.8kg，已知底面是正六边形，边长为 12mm，内孔直径为10mm，高为10mm，问这堆螺 帽大约有多少个（π取3.14）？
解：六角螺帽的体积是六棱柱的体积与圆柱体 积之差，即:
棱柱（圆柱）的高是指两底面之间的距离，即从一 个底面上任意一点向另一个底面作垂线，这点与垂 足（垂线与底面的交点）之间的距离。不一样
锥体体积公式
圆锥的体积公式：
V 1 Sh （其中S为底面面积，h为高） 3
圆锥体积等于同底等高的圆柱的体积的 1． 3
棱锥的体积怎么求？
A’
C’
把三棱锥
B’
以△ABC为
3
什么是锥体的高？
由此可知，棱柱与圆柱的体积公式类似，都是底面 面积乘高；棱锥与圆锥的体积公式类似，都是等于
底面面积乘高的 1． 3
h
台体体积公式
台体的体积
由于圆台(棱台)是由圆锥(棱锥) 截成的，因此可以利用两个锥体 的体积差．得到圆台(棱台)的体积 公式．
V VP ABCD VP ABCD
C C C C C CC C C C C C 锥2、3
1.1.7 柱、锥、台和球的体积
张喜林制1.1.7 柱、锥、台和球的体积教材知识检索考点知识清单1．夹在两个平行平面间的两个几何体，被平行于这两个平面的任意平面所截，如果截得的两个截面的面积总相等，那么这两仓几何体的体积 2.柱体的底面积为S ，高为h ，则体积V = ． 3．锥体的底面积为S ，高为危，则体积V = ．4．台体的上、下底面面积为,/S S 、高为教材知识检索h ，则体积V= 5．若球的半径为R ，则球的体积V=要点核心解读1．柱体的体积(1)棱柱、圆柱的体积公式．设底面积都等于S ，高都等于^的任意一个棱柱和圆柱，取一个与它们底面积相等，高也相等的长方体如图1-1-7 -1所示，把它们的下底放在同一平面α上，因为它们的上底和下底平行，并且高相等，所以它们的上底在与平面a 平行的平面卢上．用与平面βα、、平行的任意平面γ去截它们时，所得的截面面积都和它们的底面相等，因而这些截面的面积都等于S ，根据祖呕原理，它们的体积相等．由于长方体的体积等于底面积乘以高，于是得到下面的定理及推论：定理：柱体的体积等于它的底面积S 和高h 的积，.Sh V =柱体 推论：底面半径是r ，高是危的圆柱的体积是.2h r V π=圆柱 (2)斜棱柱的体积．采用割补的方法，可推出斜棱柱体积公式的另一种形式：⨯=直截面斜棱柱S V 侧棱长．(3)平行六面体的体积，平行六面体是一种特殊的棱柱，它的各个面都是平行四边形，因此都可作为平行六面体的底面，这样，在求平行六面体的体积时，可根据条件灵活地选择适当的面作为底面，以简化推理与计算 (4)棱柱中的“定高”．“高”在棱柱体积的计算中至关重要，而求高的关键在于确定“垂足”的位置． 2．锥体公式的推导三棱柱的体积V = Sh ．锥体的体积公式的推导，分两步进行：(1)证明底面积相等、高也相等的两个锥体的体积相等．如图1-1-7 -2，设有任意一个棱锥和圆锥，它们的底面面积都是s ，高都是h ，把这两个锥体放在同一平面α上，这时它们的顶点都在和平面α相距h 的平行平面上，用任意平行于平面α的平面Q 去截它们，截面分别与底面相似．设截面面积分别为1S 和,2S 截面与顶点距离为,/h 则,,22/222/1hh S S h h S S ==因此，,21SS S S =所以⋅=21S S根据祖咂原理可知这两个锥体体积相等．(2)如图1-1-7 -3所示，利用三棱锥与三棱柱的关系（三个体积相等的三棱锥拼出—个三棱柱），推出三棱锥的体积公式把C 看成三棱锥I 、Ⅱ的公共顶点，因为它们有等底△DBA 、△AD /D 和等高，由祖咂原理得⋅=II I V V 再把A 看成三棱锥Ⅱ、Ⅲ的公共顶点，它们有等底C D C DCD ///∆∆、和等高，所以,III II V V =因此⋅===三棱柱V V V V III II 311由,Sh V =三棱柱得.31Sh V =三棱柱 根据这个定理和前面的有关知识，即得到下面定理：定理l ：如果棱锥的底面面积是 s ，高是h ，那么它的体积是.31Sh V =三棱柱定理2：如果圆锥的底面半径是r ，高是h ，那么它的体积是.31V 2h r ⋅=π圆锥 3．台体的体积公式),(31//S SS S h V ++=台体其中S S 、/分别为台体上、下底面面积，h 为台体的高， ),(312//2r rr r h V ++=π圆台其中r r 、/分别为圆台上、下底面半径，h 为圆台的高． [说明]①公式的证明可由两个锥体体积的差来证明，②台体的体积公式中，如果设,/S S =就得到柱体的体积公式;Sh V =柱体如果设,0/=S 就得到锥体的体积公式=椎体V .31Sh 这样，柱体、锥体、台体的体积公式之间的关系，可表示为如图1-1-7 -4所示．可见，柱体、锥体的体积公式是台体的体积公式的特例． 4．球的体积公式(1)球的体积公式的推导．我们取一个底面半径和高都等于R 的圆柱，从圆柱中挖去一个以圆柱的上底面为底面，下底面圆心为顶点的圆锥，把所得的几何体和半径为R 的半球放在同一个平面α上，如图1 -1 -7 -s 所示．因为圆柱的高等于R ，所以这个几何体和半球都夹在两个平行平面之间.用平行于平面α的任意一个平面去截这两个几何体，截面分别是圆面和圆环面，如果截面与平面α的距离为L ，那么圆面半径,22⋅-=l R r 圆环面的大圆半径为R ，小圆半径为L （因为B O O 1/∆是等腰三角形）．因此),(222l R r S -==ππ圆 ),(2222l R l R S -=-=πππ圆环故 ⋅=圆环圆S S根据祖咂原理，这两个几何体的体积相等，即.34,3231213322R V R R R R R V ππππ=∴=⋅-⋅=球球 由此，我们得到下面的定理：定理 如果球的半径是R ，那么它的体积是.343R V π=球 (2)球的体积公式的应用．求球的体积只需一个条件，那就是球的半径．两个球的半径比的平方等于这两个球的大圆面积的比，也等于这两个球的表面积的比；两个球半径比的立方等于这两个球的体积的比.球内切于正方体，球的直径等于正方体的棱长；正方体内接于球，球的半径等于正方体棱长的23倍；棱长为α的正四面体的内切球的半径为,126a 外接球半径为.46a 5．求体积常用的几种方法(1)分割求和法．把不规则的几何体分割成规则的几何体，分别求体积，然后进行求和． (2)补形法，把不规则的几何体补成规则的几何体；把不熟悉的几何体补成熟悉的几何体，便于计算其体积． (3)等积法．通过等底和等高的几何体体积关系，把不容易求的体积转化为容易求的体积． 6．锥体的截面性质如图1-1-7 -6、图1-1-7 -7所示，棱锥、圆锥的横截面（平行于底面的截面）有如下性质：===-ˆ)1(大椎全小椎全大椎体小椎体大椎体小椎体S S S S S S 对应线段的平方之比；=大椎小椎V V )2(对应线段的立方之比典例分类剖析考点1 柱体的体积命题规律 (1)柱体的体积公式．（2）三棱柱体积公式的几种形式．[例1] 如图1-1-7 -8，一个平行六面体的两个对角面都垂直于底面，对角面的面积分别为28cm 和,122cm 底面积是,62cm 底面两条对角线的夹角为,30o 求平行六面体的体积．[答案] 设上、下底面对角线交点分别为/O 和O ，则两对角面交线为,/O O 过/O 作⊥K O /底面ABCD.∵ 对角面⊥/AC 底面ABCD ．⊂∴K O /平面//.A ACC同理⊂K O /平面.//B BDDK O /∴与O O /重合． ⊥∴O O /底面ABCD ．⊥∴C C C C O O ///,// 底面ABCD ．设高为h ．底面对角线长分别为.6,21h V l l =则和⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=⋅==∴③②①.630sin 21,12,82121ol l h l h l 由①×②得,812221⨯=h l l 再由③得.2421=l l 由上面两式得.12,23cm V cm h =∴=[点拨] 求体积时，常需通过方程（组）解决问题，因此，应该注意方程观点的应用，如几个未知数需几个独立条件等，母题迁移 1．棱柱///C B A ABC -的侧面C C AA //的面积为S ，且这个侧面到与它相对的侧棱/BB之间的距离为a ，求这个棱柱的体积． 考点2 锥体与台体的体积 命题规律 (1)椎体的体积公式． （2）台体的体积公式，（3）平行于底面的截面性质．[例2] 如图1-1-7 -9，棱锥的底面ABCD 是一个矩形，AC 与BD 交于M ，VM 是棱锥的高．若==AB cm VM ,4,5,4cm VC cm =求棱锥的体积．[答案] ∵ VM 是棱锥的高，.MC VM ⊥∴在Rt△VMC 中．),(345VM 2222cm VC MC =-=-=.62cm MC AC ==∴在Rt△ABC 中，),(52462222cm AB AC BC =-=-=).(585242cm BC AB S =⨯=⋅=∴底).(353245831313cm h S V =⨯⨯==∴底椎∴ 棱锥的体积为.35323cm [点拨] 利用锥体的体积Sh V 31=求解，由于高VM 已知，故只需求底面矩形的面积，进一步转化为求BC 的长即可．这种直接套用公式求体积的方法是最基本的方法，应熟练掌握．母题迁移 2．三棱台111C B A ABC -中，=11:B A AB ,2:1则三棱锥---C C B A B ABC A 、、111111C B A 的体积之比为( )．1:1:1.A 2:1:1.B 4:2:1.C 4:4:1.D考点3 球及其组合体的体积 命题规律 (1))球的体积公式．（2）与球相关的组合体的元素与球半径R 之间的关系。
柱体、椎体、台体、球体的体积和球的表面积
二、球体的体积和表面积
探 究
一个充满空气的足球和一个充满空气的篮球， 球内的气压相同，若忽略球内部材料的厚度，则哪一 个球充入的气体较多？为什么？
如果用油漆去涂一个足球和一个篮球，且涂的油漆 厚度相同，问哪一个球所用的油漆多？为什么？
球的概念
球的截面 的形状
圆面
球面被经过球心的平面截得的圆叫做大圆
分析：正方体内接于球，则由球和正方 体都是中心对称图形可知，它们中心重 合，则正方体对角线与球的直径相等。
略 解 ：RtB1 D1 D中 : ( 2 R ) a ( 2a ) , 得
2 2 2
D A D1 A1 B
C
O
C1 B1
3 R a 2 S 4R 2 3a 2
D
A D1 A1 B1 O B
R
O
第i层“小圆片”下底面的 半径：
ri R R [ ( i 1)]2 , i 1,2 , n. n
2
R ri R [ ( i 1)]2 , i 1,2, , n n 3 R R i 1 2 2 Vi ri [1 ( ) ], i 1,2 , n n n n
C
C1
例7、已知过球面上三点A、B、C的截面到球 心O的距离等于球半径的一半，且 AB=BC=CA=２cm，求球的体积，表面积．
解：如图，设球O半径为R，截面⊙O′的半径为r，
R O O , ABC是正三角形， 2
O A 2 3 2 3 AB r 3 2 3
解：在RtOO A中, OA 2 O O 2 O A 2 ,
柱体、锥体、台体、球体 的体积和球体的表面积
一、柱体、锥体、台体的体积
20柱、锥、台体的体积.doc
20 柱、锥、台体的体积教材分析这节内容是在学完多面体与旋转体的概念、性质、画法、侧面积、表面积以后，在体积概念与体积公理的基础上，研究柱、锥、台体的体积．其中柱体体积是基础，并且由柱体体积可推导出锥体体积，而根据锥体体积又可得出台体体积．柱、锥、台体的体积是立体几何的重要内容，是历年高考的重点．通过这节知识的学习，既要使学生知道三种几何体体积的公式，又要让学生知道这些公式是怎么得出的．三种几何体的体积公式的推导是教学的重中之重．教学目标1. 使学生掌握柱、锥、台体的体积公式及其初步应用．2. 通过对三种几何体体积公式的探索，使学生学会观察、类比、归纳、猜想等方法，培养学生分析、抽象、概括及逻辑推理能力．3. 通过三种几何体体积公式的探索，培养学生独立思考、刻苦钻研、孜孜以求的毅力及勇于探索、创新的精神．任务分析对于体积这一内容，学生早在小学就有了初步认识，如长方体的体积公式．但如何推导锥、台体体积是目前的重要任务．三种几何体的体积公式的推导有着密切的联系，教学时要不断强化三者之间的关系，强化借助用已知来研究未知这种探索问题的一般性的研究方法．柱、锥体体积公式推导的理论基础是祖原理．为此，必须将祖原理要求的三个条件务必要落实到位，只有这样，棱柱、圆柱与长方体之间的体积转化以及一般棱锥与三棱锥之间的体积转化才能水到渠成．三棱锥体积公式的推导是本节的重点，也是难点．要充分利用多媒体，通过课件演示，生动形象地表现三棱锥与三棱柱体积之间的关系，让学生充分体会割补变换这一数学思想．最后，利用台体的定义，并紧扣台体与锥体的关系，求出台体体积．教学设计一、问题情景在多媒体屏幕上播出阿基米德利用水来辨别金王冠纯度高低的故事．通过这个故事教师指出，在古代，人们就对体积的求法进行了探索．接着指出我国古代在公元5世纪对体积曾进行过比较深入的研究，引出祖原理．二、建立模型（一）祖原理在屏幕上显示祖原理．教师强调这个原理在欧洲直到17世纪才被意大利的卡瓦列里提出，比祖之晚1100年以上，目的在于激发学生的爱国热情．1. 学生讨论教师启发能否根据原理的思想，利用手中的课本等道具把这个原理解释一下．2. 练习设有底面积与高都相等的长方体和六棱柱，思考这两个几何体的体积有何关系．说明：由于祖原理条件比较复杂，学生不易弄清，教师要把已知条件分析清：（1）这两个几何体夹在两个平行平面之间．（2）用平行于两个平行平面的任一平面去截两几何体可得两个截面．（3）两个截面的面积相等．只有这三个条件都具备，才能得出两个几何体的体积相等．（二）柱体体积公式的推导［问题］设有底面积都等于S，高都等于h的任意一个棱柱，一个圆柱，如何求这两个几何体的体积？为了把这个问题让学生水到渠成地想出来，可以提出以下几个阶梯性的问题．（1）柱体体积公式目前不知道，那么同学们会求什么特殊几何体的体积呢？（2）根据刚才对祖原理的研究发现，如果两个几何体满足祖原理中的三个条件，那么这两个几何体的体积就可以相互转化．柱体的体积公式目前不会求，能否利用祖原理把目标几何体的体积转化为长方体的体积呢？教师进一步引导：构造一长方体，使已知的棱柱、圆柱与构造的长方体满足祖原理的条件．（3）长方体如何出现呢？让学生讨论得出：已知棱柱、圆柱目前已经夹在两平行平面之间，并且底面积相等，所以只要在两平行平面之间放一个与前面两几何体底面积相等、高相等的长方体即可．根据祖原理这三个几何体的体积相等，而长方体体积可以利用底面积乘高求得，故两目标几何体的体积也就得出了．教师在大屏幕上显示推导过程：先把棱柱放在两平行平面之间，然后再让长方体出现，最后动态地显示三个几何体被平行于两个平行平面的任一平面去截两几何体可得三个截面；三个截面的面积相等．教师明晰：柱体（棱柱、圆柱）的体积等于它的底面积S和高h的积，即V柱体＝Sh．［练习］已知一圆柱的底面半径r，高是h，求圆柱的体积．教师明晰：底面半径为r，高为h的圆柱的体积V圆柱＝Sh＝πr2h．（三）锥体体积公式的推导1. 等底面积等高的两个锥体的体积的关系［问题］（1）刚才我们利用祖原理获得了等底面积等高的柱体与长方体（两个柱体）等体积，那么等底面积等高的两个锥体的体积之间有什么关系呢？（2）你们怎么知道它们的体积是相等的？（有的学生会说是估计的）（3）能证实你们估计的结论（猜想）吗？（有了前面连续两次用祖原理证明等底等高的两个柱体体积相等，学生的这个猜想就比较容易再次利用祖原理来证明）师生共同分析：用祖原理．设有任意两个锥体，不妨选取一个三棱锥，一个圆锥，并设它们的底面积都是S，高都是h （如图20-1）．（1）把这两个锥体的底面放在同一个平面α上．由于它们的高相等，故它们的顶点必在与α平行的同一个平面β上，即这两个锥体可夹在两个平行平面α，β之间．（2）用平行于平面α的任意平面去截这两个锥体，设截面面积分别为S1，S2，截面和顶点的距离是h1，体积分别为V1，V2，则由锥体平行于底面的截面性质，知．所以，故S1＝S2．由祖原理，知V1＝V2．（学生叙述，教师板书）结论：如果两个锥体的底面积相等，高也相等，那么它们的体积相等．教师明晰：等底面积等高的两个锥体的体积相等．（由学生提出问题、分析问题并解决问题，这是对学生高层次的要求．当学生达不到这个层次时，可由教师提出问题，学生分析问题和解决问题．教师提出问题后要给学生观察、比较、分析、归纳、猜想、发现的时间．著名数学教育家波利亚曾提出：只要数学的学习过程稍能反映出数学发明的过程，那么就应当让猜想、合情推理占有适当的位置．猜想后还要严格地证明，合情推理与逻辑推理并重，既教证明又教猜想，这才是解决问题的完整过程）2. 锥体体积公式的推导教师启发：上述定理只是回答了具有等底面积、等高的两个锥体的体积之间的相等关系，但这个体积如何求出，能否像柱体那样有一个体积公式仍然是一个谜．然而它给了我们一个求锥体体积的有益启示：只须找到一个“简单”的锥体作为代表，如果这个代表的体积求出来了，那么，根据等底面积等高的两个锥体的体积即可获得其他锥体的体积．［问题］（1）用怎样的“简单”锥体作代表来研究呢？（2）如何求这类锥体的体积呢？（此时学生思考受阻，可由教师启发）（3）任何新知识都是在已知旧知识的基础上发展起来的，现在我们已经能求出柱体的体积．那么三棱锥的体积能否借助柱体的体积公式来求呢？教师启发：可以尝试补成三棱柱，然后考虑三棱锥与三棱柱之间体积的关系．此时应该给学生留出充分的时间，让他们在练习本上把如图20-2三棱锥A′—ABC以底面△ABC为底面，AA′为侧棱补成一个三棱柱ABC—A′B′C′．教师利用多媒体把这个三棱柱补出来（在屏幕上动态地补出）．（4）在三棱柱中，除三棱锥A′—ABC外的几何体是不规则的，如能转化成规则的就好了，如何转化呢？教师启发：连接点B′，C，就可把这个不规则的几何体分割成两个三棱锥．教师利用屏幕动态显示分割过程［分割三棱柱ABC—A′B′C′得三棱锥（1），（2），（3）．如图20-3．（5）思考一下分割而得的三个三棱锥之间有何关系？学生讨论得出：体积相等．（6）为什么相等？试简要证明．（引导学生思考两个锥体等体积的依据———前面定理的条件：（1）等底面积．（2）等高）师生共同分析，同时教师板书：在三棱锥（2），（3）中，S△ABA′＝S△B′A′B，又由于它们有相同顶点C，故高也相等，所以V（2）＝V（3）．又在三棱锥（3），（4）中，S BCB′＝S△，它们有相同顶点A′，故高也相等，所以V（3）＝V（4），所以V（2）＝V（3）＝V B′C′C（4）＝V棱柱ABC—A′B′C′＝Sh．（7）一般锥体的体积又如何呢？设一般锥体的底面积为S，高为h．师生共同得出V锥体＝Sh（师板书）．（8）如何对这一结果进行证明？教师引导：构造一个三棱锥，使其底面积为S，高为h，由于等底面积等高的锥体的体积相等，故V锥体＝V三棱锥＝Sh．三、应用与拓展台体体积公式的推导．已知棱台ABCDE—A1B1C1D1E1的上下底面积为S上，S下，高为h，求证V棱台＝（S上＋＋S下）．为了解决台体体积的求法可问学生下列阶梯性问题：（1）台体是如何定义的？（2）台体与被截的棱锥的体积有何关系？（3）要求的台体体积，只要求出棱锥与截后所得小棱锥的体积即可，要求棱锥的体积，有那些条件，还缺什么条件，如何求呢？随着问题的一个个解决，思路也就水到渠成了．（分析完思路后，解题过程在大屏幕上打出）教师明晰：台体体积公式：一般地，棱台的体积公式是V棱台＝h（S上＋＋S下），其中S上，S下和ｈ分别为棱台上底面积、下底面积和高．点评这篇案例重在教师启发下，让学生进行一定量的思维活动．在公式的推导过程中，由于教师的阶梯式提问，不断创设思维情景，使学生积极参与教学活动，从而使学生的思维品质得到了锻炼和提高．在锥体体积公式推导的过程中，教师不断渗透联系和转化等数学思想．在这篇案例中，体现了两次重要的转化，一次是利用祖原理将锥体体积公式的推导转化为三棱锥体积公式的推导，简化了研究系统；一次是利用割补变换建立了三棱锥与三棱柱之间的体积关系．其中，第一次转化是通过逻辑推理实现的，第二次转化是通过图形变换实现的．这篇案例之所以突出公式形成的过程，是为了使学生在参与公式的推导过程中能在数学内容、数学方法和思维教育等方面吸收更多的营养．这篇案例使用了计算机辅助教学，特别是在体现三棱锥与三棱柱两种之间几何体之间的体积关系时使用，使三棱锥与三棱柱之间割补变换显得直观，生动，形象，弥补了在黑板上画图动感差且又浪费时间的不足，也有利于学生对两种几何体之间关系的深刻认识，发挥了计算机的良好辅助作用．美中不足的是，作为反映新理念的教学案例，如果能从学生可以直接操作的有关模型入手，通过多媒体的三维动态演示，使学生从直观思维上升到空间的想象和逻辑推导，教学效果会更好．。
棱柱、棱锥、棱台和圆柱、圆锥、圆台的体积
思考交流
柱体、锥体、台h
S 0 V 1 (S
3
SS S)h S S
V 1 Sh 3
S为底面面积， S分别为上、下底面
S为底面面积，
h为锥体高
面积，h 为台体高
h为柱体高
例1 埃及胡夫金字塔大约建于公元前2580 年，其形状为正四棱锥，金字塔高146.6m， 底面边长230.4m.问：这座金字塔的侧面积 和体积各是多少？
A
B ﹒C
例2 已知一正四棱台的上底边长为4cm,下底 边长为8cm，高为3cm.求其体积。
O
O′
课后作业 习题1—7 A组 第3、8题
知识小结
柱体、锥体、台体的体积
柱体 V Sh
S S'
台体 V 1 (S SS S)h 3
S' 0
锥体 V 1 Sh 3
1
V锥体
Sh 3
其中，S为锥体的底面积，h为锥体的高.
定理：等底等高锥体的体积相等
三、棱台和圆台
我们知道，用一个平行于底面的平面去 截棱锥，底面和截面之间的部分叫做棱台， 所以，棱台的体积可用两个棱锥的体积的差 来计算。实际上，圆台的体积也可以这样计 算。计算公式如下：
V台体 13（S上+S下+ S上 S下）h.
棱柱、棱锥、棱台和圆柱、 圆锥、圆台的体积
一、棱柱和圆柱
我们知道，长方体的体积等于它的底面 即乘高，类似地，棱柱和远处的体积和等于 它的底面即乘高.即
V柱体=Sh
其中，S为柱体的底面积，h为柱体的高.
等底等高柱体的体积相等吗？
定理：等底等高柱体的体积相等
棱、柱、台的体积
2.
A
S
AD 6
OO ' 3 R
O' D 3
O
OD R
R2
S球 4R
2
A B
D
O'
C
3.如图是一个几何体的三视图，则这个几何体的体
积是 (
B
)
A.27 C.33
B.30 D.36
5.已知一个球与一个正三棱柱的三个侧面和两个底面 相切，若这个球的体积是 32 , 则这个三棱柱的体 3 积是( D ) A. C.
x
h h
s'
s
s
V台体
1 ( s s ' ss ' )h 3
球的体积
球的表面积
S球 4R
2
R
4 3 V球 R 3
1.大正方体内切一球,球又内接一个小正 方体,则三个几何体的体积之比为_____
2:
2 3
3 : 9
求棱长为a的正四面体的体积？
2 3 V a 12
例：已知三棱锥 S ABC中三条侧棱两两垂直， SA 3, SB 4, SC 5, 求三棱锥S ABC的体积
A
S
A
B
O
B
S
VS ABC VASBC C
C
等体积转化
1 1 4 5 3 3 2
例：如图，多面体 ABCDEF中，已知面ABCD 是边长为3的正方形，EF // AB, 平面FBC 平面ABCD, 3 FBC中BC边上的高FH 2, EF , 2 求该多面体的体积
96 3
24 3
B. D.
16 3
48 3
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《精》P27/例7.三棱台ABC-A1B1C1 中,AB:A1B1=1:2，则三棱锥A1-ABC，BA1B1C，C-A1B1C1 的体积之比为( ) A.1:1:1 ; B.1:1:2; C.1:2:4; D.1:4:4 说明：三棱柱、三棱台可 以分割成三个三棱锥，分 割后可由锥体的体积相加 求得三棱柱和三棱台的体 积。 在立体几何中，割补法是 一种非常重要的方法。
空间几何体 的体积
复习回顾
1.底面半径为r，母线长为l的圆柱的表
2 面积为______________
2rl 2r
2
2.底面半径为r，母线长为l的圆锥的表
面积为______________ rl r
3.上底面半径为r'，下底面半径为r， 母线长为l的圆台的表面积为 _________________________
1 3
Sh
2
V 圆锥
1 3
r h
已知四面体A-BCD中，AB垂直于面BCD， ∠BCD＝∠ACD＝90º BC＝4，AB＝CD ， ＝3，求点B到面ACD的距离。 等体积法 V V
B ACD A BCD
A 3 hB B
1 3
1 2
3 5 hB
1 3
1 2
34 3
所给的是非规范(或条件比较分散的 割补法 规范的)几何体时,通过对图象的割 补或体积变换,化为与已知条件直接 联系的规范几何体,并作体积的加、 减法。 当按所给图象的方位不便计算时,可 等体积法 选择条件较集中的面作底面,以便计 算底面积和高.
S 4S 4S )
Sh
V 2 4 Sh
7 3
Sh
5 3
Sh
D
V1 : V 2 7 : 5
想 一 想 ？
上一节中，我们知道正棱柱、正棱 锥、正棱台的侧面积之间有一定的关系。 那么，这里柱体、锥体、台体的体积公 式之间有没有类似的关系？ s/
V柱体=sh
V台体=
V锥体=
1 3
4.若一个六棱锥的高为10cm，底面是边长为6cm的 正六边形，求这个六棱锥的体积．
5.一个正四棱台形油槽可以装煤油190升,假如它的上、 下底边长分别等于60cm和40cm，求它的深度．
小结
：
１．柱体的体积公式 ２．锥体的体积公式 ３．台体的体积公式 ４．柱体、锥体、台体的体积公式 之间的关系及其应用
2 3
G
（B）
3 3
（C）
4 3
（D）
3 2
• 例5、一倒放的圆锥形封闭容器，高为2h,装 入水，使水高为圆锥高的二分之一，则倒 转容器后，水的高度是多少？
常见结论
正四面体的棱长为a, 则它的
6 3 2 12 6 12 6 4
高为
a
体积为
a
3
内切球半径为
a
外接球半径为
a
数学运用
例2． 在长方体AC1中,用截面截下一个棱锥C-A1DD1，求 C-A1DD1的体积与剩余部分的体积之比．
1、原理(书P30）
(1)取一摞书放在桌面上，并改变它们的位置，观 察改变前后的体积是否发生变化？
(2)祖暅原理：
两等高的几何体若在所有等高 处的水平截面的面积相等，则这两 个几何体的体积相等．
一.柱体的体积
棱柱（圆柱）可由多边形（圆）沿某一方向得到， 因此，两个底面积相等、高也相等的棱柱（圆柱）应 该具有相等的体积。
的体积的差，再由比重算出一个六角螺帽毛坯的体积即可． 3 2 3 3 解. V正六棱柱= 1 2 6 1 0 3 .7 4 1 0 ( m m ) 4 2 3 3 V圆柱= 5 1 0 0 .7 8 5 1 0 ( m m )
一个毛坯的体积为 V=3.74×103-0.785×103 ≈2.96×103（mm3）=2.96cm3 约有毛坯 5.8×103÷（2.96×7.8)≈251(个) 答．这堆毛坯约有251个.
V柱=sh
V圆柱=πr2h
h
h
S S S
底面积相等，高也相等的柱体的体积也相等。
若长方体的所有棱长之和为24， ⑴求长方体体积的最大值 ⑵求长方体表面积的最大值
解：设长方体的长、宽、 高分别为a,b,c， 则4(a+b+c)=24
即a+b+c=8 ⑴V=abc≤
abc 3
3
D
4
C
3
求棱长为
A B
2a
的正四面体的体积
BO 2 3 3 2
2a
2
2a
6
6 3
2
a
D AO
O C
1 3 3 4
a 3
2 3
3
a
V
2a
2
2 3 3
a
a
3
3
求棱长为
2a
的正四面体的体积
V V 正方体 4V 三棱锥
a 4
=8
当且仅当a＝b＝c＝2是取等号
VA
1 ABC
VC A VA
1 AB
VC A VA
1
1 B1 B
VC A
A1 A1
1 B1 B
1 BB 1 C
CC 1 B
C1 B1 B1
A
B
C C
【问题】等底同高的锥体的体积有何关系?
3、锥体(棱锥、圆锥)的体积：
V锥 体
3 ( 20 10 ) 10
3
V 台体
10
1 3
h( S
SS ' S ' )
O
3 ( 400 200 100 ) A1 O1 C 3
(cm3)
O
A
例：1.求棱长为2的正四面体的体积。
A
B
C
D
2.已知正六棱柱的底面边长为2，侧棱长为3 求这个正六棱柱的体积。 3.已知正六棱锥的底面边长为2，侧棱长为3 求这个正六棱锥的体积。
5.如图几何体为一个正六棱柱中间挖 去一个圆柱。若底面正六边形的边长 4cm ， 高 3cm ， 圆 柱 的 底 面 直 径 为 2cm 。求这个几何体的体积.
数学运用
例1.有一堆相同规格的六角螺帽毛坯共重5.8kg．已 知底面六边形的边长是12mm，高是10mm，内孔直 径是10mm．那么约有毛坯多少个？(铁的比重为 7.8g/cm3) 分析：六角螺帽毛坯的体积是一个正六棱柱的体积与一个圆柱
作业
课本第60页第2、5、9、10题．
四 课堂小结
柱体
空间几何体 的体积公式
V S底 h
V
V
V
台体
1 3 1
3 4
3
(S 上
S底 h
S上 S下 S下 ） h
锥体
球
R
3
球的表面积公式Ｓ＝4πR2
求体积的常用方法 所给的是规范几何体,且已知条件 直接法 较集中时,就按所给图象的方位用 公式直接计算体积.
练 习
4、已知圆锥的底面面积为16π，它的母线 长为5,则这个圆锥的体积为_________。 5、正棱台的两个底面面积分别是121cm2 和81cm2的正方形，正棱台的侧棱长 为2cm，这个棱台的体积为________。
例2、正四面体S-ABC的棱长为a,D是SA的 中点,E是BC的中点,求三角形SDE绕 SE旋转一周所得旋转体的体积.
D1 C1 B1 D C B A1
A
课堂练习
1、在△ABC中，AB=2，AC=1.5，∠BAC=1200.若将 △ABC绕直线AC旋转一周，求形成的旋转体的体积．
课堂练习
2.用一张长12cm，宽8cm的矩形围成圆柱形的侧面， 求这个圆柱的体积。 3.已知一个铜质的五棱柱底面积为16cm2，高为 4cm，现将它熔化后铸成一个正方体的铜块，那 么铸成的铜块的棱长为多少（不计损耗）？
3
1 3
1 2
aaa
a
3
3
体积分割法
4、台体（棱台、圆台）的体积
V台 体
1 3
h(S
S S S )
已知A、B是三棱柱上底面两边的中点， 如图截面ABCD将三棱柱分为两部分，求 这两部分的体积比。
E A V1
B
V2 C
设△ABE的面积为S
V1
1 3
7 3
h( S
S
F
D
A
E
C B
例3、一扇形铁皮AOB,半径OA=72cm,圆心 角AOB=600,现剪下一个扇环ABCD作圆台 形容器的侧面,并从剩余的扇形COD内剪下 一个最大的圆,刚好做容器的下底(圆台下底 面大于上底面),则OC应取多少?并求这个容 器的容积.
例 4、如图，在多面体 ABCDEF 中，已知 ABCD 是 边长为 1 的正方形，且 ADE 、 BCF 均为正三角 形，EF∥AB，EF=2，则该多面体的体积为（ A ） （A）
S/=S
h (s + s s ' + s ')
s s/ s
1 3
sh
S/=0 s
例2.圆台的上下底半径分别是10cm和20cm,它 的侧面展开图的扇环的圆心角是180° ,那么圆 台的体积是多少？ (结果中保留π)
S 20
2
400
S ' 10
2
100
h
1 3 7000图，在多面体 ABCDEF 中，已知 ABCD 是 边长为 1 的正方形，且 ADE 、 BCF 均为正三角 形，EF∥AB，EF=2，则该多面体的体积为（ A ） （A）