高三数学一轮复习空间几何体的表面积和体积教案
空间几何体的表面积和体积 教学目标
了解球、棱柱、棱锥、台的表面积和体积的计算公式
命题走向
近些年来在高考中不仅有直接求多面体、旋转体的面积和体积问题，也有已知面积或体积求某些元素的量或元素间的位置关系问题。即使考查空间线面的位置关系问题，也常以几何体为依托.因而要熟练掌握多面体与旋转体的概念、性质以及它们的求积公式.同时也要学会运用等价转化思想，会把组合体求积问题转化为基本几何体的求积问题，会等体积转化求解问题，会把立体问题转化为平面问题求解，会运用“割补法”等求解。 由于本讲公式多反映在考题上，预测2017年高考有以下特色： （1）用选择、填空题考查本章的基本性质和求积公式； （2）考题可能为：与多面体和旋转体的面积、体积有关的计算问题；与多面体和旋转体中某些元素有关的计算问题；
教学准备
多媒体课件 教学过程
1．圆柱、圆锥、圆台的侧面展开图及侧面积公式 圆 柱 圆 锥 圆 台 侧面 展开图
侧面 积公式 S圆柱侧＝2πrl S圆锥侧＝πrl S圆台侧 ＝π(r＋r′)l 2.空间几何体的表面积与体积公式
名 称 几何体 表面积 体 积
柱 体 (棱柱和圆柱) S表面积＝S侧＋2S底 V＝S底h
锥 体 (棱锥和圆锥) S表面积＝S侧＋S底 V＝13S底h
台 体 (棱台和圆台) S表面积＝S侧 ＋S上＋S下 V＝13(S上＋S
下
＋S上S下)h 球 S＝4πR2 V＝43πR
3
1．辨明两个易误点 (1)求组合体的表面积时，要注意各几何体重叠部分的处理． (2)底面是梯形的四棱柱侧放时，容易和四棱台混淆，在识别时要紧扣定义，以防出错． 2.求空间几何体体积的常用方法 (1)公式法：直接根据相关的体积公式计算． (2)等积法：根据体积计算公式，通过转换空间几何体的底面和高使得体积计算更容易，或是求出一些体积比等． (3)割补法：把不能直接计算体积的空间几何体进行适当的分割或补形，转化为可计算体积的几何体． 3．几个与球有关的切、接常用结论 (1)正方体的棱长为a，球的半径为R， ①若球为正方体的外接球，则2R＝3a； ②若球为正方体的内切球，则2R＝a； ③若球与正方体的各棱相切，则2R＝2a. (2)长方体的共顶点的三条棱长分别为a，b，c，外接球的半径为R，则2R＝a2＋b2＋c2. (3)正四面体的外接球与内切球的半径之比为3∶1.
1．如图，一个空间几何体的正视图、侧视图、俯视图均为全等的等腰直角三角形，如果直角三角形的直角边长为1，那么这个几何体的体积为( )
A．1 B．12 C.13 D．16 解析：选D.由三视图可知，该几何体为三棱锥，V＝13Sh＝13×12×1×1×1＝16，故选D. 2.
(2015·高考陕西卷)一个几何体的三视图如图所示，则该几何体的表面积为( ) A．3π B．4π C．2π＋4 D．3π＋4 解析：选D.
由几何体的三视图可知，该几何体为半圆柱，直观图如图所示． 表面积为2×2＋2×12×π×12＋π×1×2＝4＋3π. 3．某几何体的三视图如图所示，则该几何体的体积为( ) A．6 B．33 C．23 D．3 解析：选B.由三视图可知，该几何体是一个直三棱柱，其底面为侧视图，该侧视图是底边为2，高为3的三角形，正视图的长为三棱柱的高，故h＝3，所以该几何体的体积V＝S·h＝
12×2×3×3＝33.
4．(必修2P36复习参考题A组T10改编)直角三角形三边长分别是3 cm、4 cm、5 cm，绕两直角边旋转一周分别形成两个几何体，则其侧面积分别为________、________. 答案：20π cm2 15π cm2 5．(必修2P28练习T2改编)一个棱长为2 cm的正方体的顶点都在球面上，则球的体积为________cm3.
解析：由题意知正方体的体对角线为其外接球的直径，所以其外接球的半径r＝12×23＝3(cm)， 所以V球＝43π×r3＝43π×33＝43π(cm3)． 答案：43π
考点一 空间几何体的表面积 (1)(2015·高考全国卷Ⅰ)圆柱被一个平面截去一部分后与半球(半径为r)组成一个几何体，该几何体三视图中的正视图和俯视图如图所示．若该几何体的表面积为16＋20π，则r＝( ) A．1 B．2 C．4 D．8 (2)(2015·高考福建卷)某几何体的三视图如图所示，则该几何体的表面积等于( )
A．8＋22 B．11＋22 C．14＋22 D．15 (1)
如图，该几何体是一个半球与一个半圆柱的组合体，球的半径为r，圆柱的底面半径为r，高为2r，则表面积S＝12×4πr2＋πr2＋4r2＋πr·2r＝(5π＋4)r2.又S＝16＋20π，所以(5π＋4)r2＝16＋20π，所以r2＝4，r＝2. (2)由三视图知，该几何体是一个直四棱柱，上、下底面为直角梯形，如图所示．
直角梯形斜腰长为12＋12＝2，所以底面周长为4＋2，侧面积为2×(4＋2)＝8＋22，两底面的面积和为2×12×1×(1＋2)＝3，所以该几何体的表面积为8＋22＋3＝11＋22. (1)B (2)B 空间几何体表面积的求法 (1)以三视图为载体的几何体的表面积问题，关键是分析三视图确定几何体中各元素之间的位置关系及数量关系． (2)多面体的表面积是各个面的面积之和；组合体的表面积问题注意衔接部分的处理． (3)旋转体的表面积问题注意其侧面展开图的应用. 1.(1)(2016·长春调研)某几何体的三视图如图所示，则它的表面积为( )
A．2＋1＋52π B．2＋1＋252π C．2＋(1＋5)π D．2＋2＋52π (2)(2016·河北省衡水中学模拟)如图是某四棱锥的三视图，则该几何体的表面积等于( )
A．34＋65 B．6＋65＋43 C．6＋65＋413 D．17＋65 解析：(1)选A.由几何体的三视图可知，该几何体是一个沿旋转轴作截面，截取的半个圆锥，底面半径是1，高是2，所以母线长为5，所以其表面积为底面半圆面积和圆锥的侧面积的一半
以及截面三角形的面积的和，即12π＋12π×5＋12×2×2＝2＋1＋52π. (2) 选A.由三视图得该几何体的直观图如图，其中，ABCD为矩形，AD＝6，AB＝2，平面PAD⊥平面ABCD，△PAD为等腰三角形，且此四棱锥的高为4，故该几何体的表面积等于6×2＋2×12×2
×5＋12×6×25＋12×6×4＝34＋65. 考点二 空间几何体的体积(高频考点)
空间几何体的体积是每年高考的热点，考查时多与三视图结合考查，题型既有选择题、填空题，也有解答题，难度偏小，属于容易题． 高考对空间几何体的体积的考查常有以下三个命题角度： (1)求简单几何体的体积； (2)求组合体的体积； (3)求以三视图为背景的几何体的体积． (1)(2015·高考重庆卷)某几何体的三视图如图所示，则该几何体的体积为( )
A.13＋2π B．13π6 C.7π3 D．5π2 (2)
(2015·高考全国卷Ⅱ)一个正方体被一个平面截去一部分后，剩余部分的三视图如图，则截去部分体积与剩余部分体积的比值为( )
A.18 B．17 C.16 D．15 (1)由三视图可知，该几何体是一个圆柱和半个圆锥组合而成的几何体，其体积为π×12×2＋12×13π×12×1＝136π. (2)
由已知三视图知该几何体是由一个正方体截去了一个“大角”后剩余的部分，如图所示，截去部分是一个三棱锥．设正方体的棱长为1，则三棱锥的体积为V1＝13×12×1×1×1＝16，
剩余部分的体积V2＝13－16＝56.
所以V1V2＝1656＝15. (1)B (2)D
求空间几何体体积的解题策略 (1)求简单几何体的体积．若所给的几何体为柱体、锥体或台体，则可直接利用公式求解． (2)求组合体的体积．若所给的几何体是组合体，不能直接利用公式求解，则常用转换法、分割法、补形法等进行求解． (3)求以三视图为背景的几何体的体积，应先根据三视图得到几何体的直观图，然后根据条件求解. 2.(1)(2016·唐山第一次模拟)某几何体的三视图如图所示，则该几何体的体积为( ) A.2π3 B．4π3 C．8－2π3 D．8－4π3 (2)(2016·昆明统考)已知某几何体的三视图如图所示，则该几何体的体积等于________．
解析：(1)由三视图知原几何体是棱长为2的正方体中挖掉一个圆锥，所以V＝V正方体－V圆锥
＝2×2×2－13×(π×12)×2＝8－2π3. (2)由题知该几何体是由一个直三棱柱和一个四棱锥组成的组合体，其中直三棱柱的底面为侧视图，高为8－4＝4，故V直三棱柱＝8×4＝32，四棱锥的底面为边长为4的正方形，高为4，故V
四棱锥＝13×16×4＝643，故该几何体的体积V＝V直三棱柱＋V四棱锥 ＝32＋643＝1603.
答案：(1)C (2)1603 考点三 球与空间几何体的接、切问题
(2016·沈阳模拟)已知直三棱柱ABCA1B1C1的6个顶点都在球O的球面上，若AB＝3，AC＝4，AB⊥AC，AA1＝12，则球O的半径为( )
A.3172 B．210 C.132 D．310
如图所示，由球心作平面ABC的垂线，则垂足为BC的中点M.
2021-8-8 空间几何体的表面积和体积(教案)
简单几何体的表面积与体积计算，主要以选择题、填空题的形式呈现，在解答题中，有时与空间线、面位置证明相结合，面积与体积的计算作为其中的一问.核心考点一空间几何体的表面积柱体、锥体、台体、球的表面积公式：①圆柱的表面积S＝2πr(r＋l)；②圆锥的表面积S＝πr(r＋l)；③圆台的表面积S＝π(r′2＋r2＋r′l＋rl)；④球的表面积S＝4πR2.1.【2018新课标1文5】已知圆柱的上、下底面的中心分别为1O，2O，过直线12O O的平面截该圆柱所得的截面是面积为8的正方形，则该圆柱的表面积为( )A．122πB．12πC．82πD．10π2．【2017新课标1文18】如图，在四棱锥P ABCD-中，//AB CD，且90BAP CDP∠=∠=（1）证明：平面PAB⊥平面PAD；（2）若PA PD AB DC===，90APD∠=，且四棱锥P ABCD-的体积为83，求该四棱锥的侧面积．【解析】（1）由已知90BAP CDP==︒∠∠，得AB AP⊥，CD PD⊥．由于AB CD∥，故AB PD⊥，从而AB⊥平面PAD．又AB⊂平面PAB，所以平面PAB⊥平面PAD．精讲精练知识梳理空间几何体的表面积和体积（2）在平面PAD 内作PE AD ⊥，垂足为E ．由（1）知，AB ⊥平面PAD ，故AB PE ⊥，可得PE ⊥平面ABCD ． 设AB x =，则由已知可得2AD x =，22PE x =． 故四棱锥P ABCD -的体积31133P ABCD V AB AD PE x -=⋅⋅=． 由题设得31833x =，故2x =．从而2PA PD ==，22AD BC ==，22PB PC ==．可得四棱锥P ABCD -的侧面积为21111sin 606232222PA PD PA AB PD DC BC ⋅+⋅+⋅+︒=+．【变式训练】1．【2018新课标2理16】已知圆锥的顶点为S ，母线SA ，SB 所成角的余弦值为78，SA 与圆锥底面所成角为45°，若SAB △的面积为515，则该圆锥的侧面积为__________．2．【2015新课标1文18】如图四边形ABCD 为菱形，G 为AC 与BD 交点，BE ⊥平面ABCD ， （I ）证明：平面AEC ⊥平面BED ；（II ）若120ABC ∠=，,AE EC ⊥ 三棱锥E ACD -的体积为63，求该三棱锥的侧面积．1、【解析】因为母线，所成角的余弦值为，所以母线，所成角的正弦值为， 因为的面积为，设母线长为，所以，， 因与圆锥底面所成角为，所以底面半径为，因此圆锥的侧面积为． 2、【解析】(Ⅰ) ∵BE ⊥平面ABCD ，∴BE ⊥AC ．∵ABCD 为菱形，∴ BD ⊥AC ，∴AC ⊥平面BED ，又AC ⊂平面AEC ，∴平面AEC ⊥平面BED ． (Ⅱ)设AB=x ，在菱形ABCD 中，由∠ABC=120°可得， AG=GC=32x ，GB=GD=2x ． 在RtΔAEC 中，可得EG=32x ．∴ 在RtΔEBG 为直角三角形，可得BE=22x ．GEDACBSA SB 78SA SB 158SAB △515l 211551528l ⨯⨯=280l ∴=SA 45︒2cos42l l π=224022rl l π=π=π∴ 31132243E ACD V AC GD BE x -=⨯⋅⋅==，解得x =2．由BA=BD=BC 可得的面积为3，ΔEAD 的面积与ΔECD所以三棱锥E-ACD 的侧面积为核心考点二 空间几何体的体积柱体、锥体和球的体积公式：①V 柱体＝Sh (S 为底面面积，h 为高)； ②V 锥体＝13Sh (S 为底面面积，h 为高)；③V 球＝43πR 3.1．【2018新课标2文16】已知圆锥的顶点为S ，母线SA ，SB 互相垂直，SA 与圆锥底面所成角为30︒，若SAB △的面积为8，则该圆锥的体积为________．2.【2019新课标3文理16】学生到工厂劳动实践，利用3D 打印技术制作模型．如图，该模型为长方体1111ABCD A BC D -挖去四棱锥O EFGH -后所得的几何体，其中O 为长方体的中心，,,,E F G H 分别为所在棱的中点，16cm 4cm AB=BC =, AA =，3D 打印所用原料密度为30.9/g cm ，不考虑打印损耗，制作该模型所需原料的质量为___________g ．3.【2020新课标1文19】如图，D 为圆锥的顶点，O 是圆锥底面的圆心，ABC ∆是底面的内接正三角形，P 为DO 上一点，90o APC ∠=． （1）证明：平面PAB ⊥平面PAC ；（2）设DO =，求三棱锥P ABC -的体积．1、【解析】如下图所示，，，又，解得，所以，．2、【解析】由题意得，2146423122EFGHS cm=⨯-⨯⨯⨯=，四棱锥O−EFG的高3cm，∴21123123O EFGHV cm-=⨯⨯=．又长方体1111ABCD A BC D-的体积为22466144V cm=⨯⨯=，所以该模型体积为22114412132V V V cm=-=-=，其质量0.9132118.8g⨯=．3、【解析】（1）连接,,OA OB OC，D为圆锥顶点，O为底面圆心，OD∴⊥平面ABC，P在DO上，,OA OB OC PA PB PC==∴==，ABC∆是圆内接正三角形，AC BC∴=，PAC PBC≅△△，90APC BPC∴∠=∠=︒，即,PB PC PA PC⊥⊥，PA PB P=，PC∴⊥平面,PAB PC⊂平面PAC，∴平面PAB⊥平面PAC；（2）设圆锥的母线为l，底面半径为r，圆锥的侧面积为,rl rlπ=2222OD l r=-=，解得1,r l==2sin603AC r==，在等腰直角三角形APC中，AP AC==Rt PAO∆中，PO===∴三棱锥P ABC-的体积为11333P ABC ABCV PO S-=⋅==△．【变式训练】1.【2018江苏卷】如图所示，正方体的棱长为2，以其所有面的中心为顶点的多面体的体积为________.2.如图，四边形ABCD是边长为2的正方形，ED⊥平面ABCD，FC⊥平面ABCD，ED＝2FC＝2，则四面体ABEF的体积为()30SAO∠=︒90ASB∠=︒211822SABS SA SB SA=⋅==△4SA=122SO SA==AO=2183V OA SO=⋅π⋅⋅=πA.13B.23C.1D.433．【2019新课标2文17】如图，长方体ABCD –A 1B 1C 1D 1的底面ABCD 是正方形，点E 在棱AA 1上，BE ⊥EC 1．（1）证明：BE ⊥平面EB 1C 1；（2）若AE =A 1E ，AB =3，求四棱锥11E BB C C -的体积．1、【解析】正方体的棱长为2，以其所有面的中心为顶点的多面体是正八面体，其中正八面体的所有棱长都是2.则该正八面体的体积为13×(2)2×1×2＝43.2、【解析】∵ ED ⊥平面ABCD 且AD ⊂平面ABCD ，∴ ED ⊥AD . ∵ 在正方形ABCD 中，AD ⊥DC ，而DC ∩ED ＝D ，∴ AD ⊥平面CDEF.易知FC ＝ED2＝1，V A －BEF ＝V ABCDEF －V F －ABCD －V A －DEF .∵ V E －ABCD ＝ED ×S 正方形ABCD ×13＝2×2×2×13＝83，V B －EFC ＝BC ×S △EFC ×13＝2×2×1×12×13＝23，∴ V ABCDEF ＝83＋23＝103.又V F －ABCD ＝FC ×S 正方形ABCD ×13＝1×2×2×13＝43，V A －DEF ＝AD ×S △DEF ×13＝2×2×2×12×13＝43，V A －BEF ＝103－43－43＝23.故选B.3、【解析】（1）因为在长方体1111ABCD A B C D -中，11B C ⊥平面c e a ==BE ⊂平面5c e a ==11B C BE ⊥， 又1BE EC ⊥，1111B C EC C ⋂=，且1EC ⊂平面11EB C ，11B C ⊂平面11EB C ，所以BE ⊥平面11EB C ；（2）设长方体侧棱长为2a ，则1AE A E a ==，由（1）可得1EB BE ⊥；所以22211EB BE BB +=，即2212BE BB =， 又3AB =，所以222122AE AB BB +=，即222184a a +=，解得3a =； 取1BB 中点F ，连结EF ，因为1AE A E =，则EF AB ∥； 所以EF ⊥平面11BB C C ，所以四棱锥11E BB C C -的体积为1111111136318333E BB C C BB C C V S EF BC BB EF -=⋅=⋅⋅⋅=⨯⨯⨯=矩形．核心考点三 多面体与球的切、接问题球的相关性质：1、用一个平面去截球，截面是圆面；经过球心的平面截的圆叫大圆；不经过球心的平面截的圆叫小圆。
空间几何体的概念、表面积和体积复习课
解析：S 圆＝πr2＝π⇒r＝1，而截面圆圆心与球心的距离 d 4 3 8 2π 2 2 ＝1，∴球的半径为 R＝ r ＋d ＝ 2，∴V＝3πR ＝ 3 ，故 选 B. 答案：B O R
r
d
考点5.球的“内切”、“外接” 问题
例 5、设三棱柱的侧棱垂直于底面，所有棱的长都为 a， 顶点都在一个球面上，则该球的表面积为( ) 7 2 2 A．πa B. πa 3 11 2 C. πa D．5πa2 3
A’
母 线
O’
B’ 轴 侧 面
A
O B
底面
圆柱的表示方法：用表示它的轴的字母表 示,如:“圆柱OO'”
顶点
定义：以直角三角形的 一条直角边所在直线为 旋转轴,其余两边旋转 形成的曲面所围成的几 何体叫做圆锥。
S
母 线 轴 侧 面
Hale Waihona Puke AOB底面
圆锥的表示方法：用表示它的 轴的字母表示,如:“圆锥SO”
定义：用一个平行于 圆锥底面的平面去截 圆锥,底面与截面之 间的部分是圆台.
– 球心和截面圆心的连线垂直于截面 – 球心到截面的距离为d，球的半径为R，则
r R d
2 2
2
R
ß
O
r
d
知识框架
二、空间几何体的表面积与体积 棱柱 柱体 圆柱 棱锥 锥体 圆锥 简单组合体 棱台 台体 圆台 球体
1.多面体的表面积
一般地，由于多面体是由多个平面围成的空间 几何体，其表面积就是各个平面多边形的面积之和 .
)
3 R 解析：圆锥的母线长为 R，底面半径为 2 ，高为 2 R，则 V 1 3 3 ＝3Sh＝ 24 πR . 答案：A
考点4.几何体的截面问题
2015届高考数学总复习第八章立体几何初步第5课时空间几何体的表面积和体积教学案(含最新模拟、试题改编)
第八章 立体几何初步第5课时 空间几何体的表面积和体积⎝ ⎛⎭⎪⎫对应学生用书（文）108～110页 （理）110～112页考情分析 考点新知了解柱、锥、台、球的表面积和体积计算公式，会求一些简单几何体的表面积和体积，体会积分思想在计算表面积、体积中的运用． ① 了解柱、锥、台、球的表面积和体积计算公式(不要求记忆公式). ② 会求直棱柱、正棱锥、正棱台、圆柱、圆锥、圆台和球的表面积和体积.1. (必修2P 69习题10改编)用长、宽分别是3π与π的矩形硬纸卷成圆柱的侧面，则圆柱的底面面积为________．答案：94π或14π解析：有两种情况：以3π为圆柱的高时，圆柱底面积为14π，以π为圆柱的高时，圆柱底面积为94π.2. (原创)若等腰直角三角形的直角边长为2，则以一直角边所在的直线为轴旋转一周所成的几何体体积是__________.答案：83π解析：几何体为圆锥，圆锥的底面半径为2，高也为2，体积V ＝13×π×4×2＝83π.3. (2013·南京二模)已知圆锥的侧面展开图是一个半径为3 cm ，圆心角为2π3的扇形，则此圆锥的高为________cm.答案：22解析：设圆锥的底面半径为r ，则2πr ＝2π3×3，所以r ＝1，此圆锥的高为32－12＝2 2.4. (必修2P 55练习4改编)已知正方形ABCD 的边长为2，E 、F 分别为BC 、DC 的中点，沿AE 、EF 、AF 折成一个四面体，使B 、C 、D 三点重合，则这个四面体的体积为________．答案：13解析：折成的四面体为三棱锥AECF ，S △ECF ＝12×1×1＝12，高为AB ＝2，所以这个四面体的体积为V ＝13S △ECF ·AB ＝13×12×2＝13.5. (必修2P 69复习题5改编)若长方体三个面的面积分别为2，3，6，则此长方体的外接球的表面积是________．答案：6π解析：设长方体的过同一顶点的三条棱长分别为a 、b 、c ，则⎩⎨⎧ab ＝2，ac ＝3，bc ＝ 6.解得⎩⎨⎧a ＝1，b ＝2，c ＝ 3.长方体外接球半径为R ＝1212＋（2）2＋（3）2＝62，外接球的表面积为S ＝4π⎝⎛⎭⎫622＝6π.1. 侧棱与底面垂直的棱柱叫做直棱柱，直棱柱的侧面积公式是S 直棱柱侧＝ch ，底面是正多边形的直棱柱叫做正棱柱．柱体的体积公式是V 柱体＝Sh ．2. 如果一个棱锥的底面是正多边形，并且顶点在底面的正投影是底面的中心，该棱锥为正棱锥．正棱锥的侧面积公式是S 正棱锥侧＝12ch ′；锥体的体积为V 锥体＝13Sh ．3. 正棱锥被平行于底面的平面所截，截面和底之间的部分叫做正棱台，其侧面积公式是S 正棱台侧＝12(c ＋c′)·h′；台体的体积公式是34. 圆柱、圆锥、圆台的侧面展开图分别是矩形、扇形、扇环；圆柱的侧面积公式是S 圆柱侧＝cl ＝2πr ，圆锥的侧面积公式为S 圆锥侧＝12cl ＝πrl ，圆台的侧面积公式为S 圆台侧＝12(c ＋c′)l ＝π(r ＋r′)l ．5. 球体的体积公式是V 球＝43πR 3，其中R 为球的半径．[备课札记]题型1 与几何体的表面积有关的问题例1如图所示，正方体ABCDA 1B 1C 1D 1的棱长为6，则以正方体ABCDA 1B 1C 1D 1的中心为顶点，以平面AB 1D 1截正方体外接球所得的圆为底面的圆锥的全面积为________．答案：(182＋24)π解析：设O 为正方体外接球的球心，则O 也是正方体的中心，O 到平面AB 1D 1的距离是体对角线长的16，即为 3.又球的半径是正方体对角线长的一半，即为33，由勾股定理可知，截面圆的半径为（33）2－（3）2＝26，圆锥底面面积为S 1＝π·(26)2＝24π，圆锥的母线即为球的半径33，圆锥的侧面积为S 2＝π×26×33＝182π.因此圆锥的全面积为S ＝S 2＋S 1＝182π＋24π＝(182＋24)π.备选变式（教师专享）如图，在球面上有四个点P 、A 、B 、C ，如果PA 、PB 、PC 两两互相垂直，且PA ＝PB ＝PC ＝a ，求这个球的表面积．解：如题图，设过A 、B 、C 三点的球的截面圆半径为r ，圆心为O′，球心到该圆面的距离为d ，在三棱锥PABC 中，∵PA 、PB 、PC 两两垂直，PA ＝PB ＝PC ＝a ， ∴AB ＝AC ＝BC ＝2a ，且点P 在△ABC 内的射影是△ABC 的中心O′，由正弦定理，得2a sin60° ＝2r ，∴r ＝63a.又根据球的截面圆性质，有OO′⊥平面ABC ， 而PO′⊥平面ABC ，∴P 、O 、O′三点共线，球的半径R ＝r 2＋d 2.又PO′＝PA 2－r 2＝a 2－23a 2＝33a ，∴OO ′＝R －33a ＝d ＝R 2－r 2，∴⎝⎛⎭⎫R －33a 2＝R 2－⎝⎛⎭⎫63a 2，解得R ＝32a.∴S 球＝4πR 2＝3πa 2.题型2 与几何体体积有关的问题例2 如图①所示，在Rt △ABC 中，AC ＝6，BC ＝3，∠ABC ＝90°，CD 为∠ACB 的平分线，点E 在线段AC 上，CE ＝4.如图②所示，将△BCD 沿CD 折起，使得平面BCD ⊥平面ACD ，连结AB ，设点F 是AB 的中点．(1) 求证：DE ⊥平面BCD ；(2) 若EF ∥平面BDG ，其中G 为直线AC 与平面BDG 的交点，求三棱锥B-DEG 的体积．图①图②(1) 证明：在题图①中，∵ AC ＝6，BC ＝3，∠ABC ＝90°，∴ ∠ACB ＝60°. ∵ CD 为∠ACB 的平分线，∴ ∠BCD ＝∠ACD ＝30°.∴ CD ＝2 3. ∵ CE ＝4，∠DCE ＝30°，∴ DE ＝2.则CD 2＋DE 2＝EC 2.∴ ∠CDE ＝90°.DE ⊥DC. 在题图②中，∵ 平面BCD ⊥平面ACD ，平面BCD ∩平面ACD ＝CD ，DE 平面ACD ，∴ DE ⊥平面BCD.(2) 解：在题图②中，∵ EF ∥平面BDG ，EF Ì平面ABC ，平面ABC ∩平面BDG＝BG ，∴ EF ∥BG .∵ 点E 在线段AC 上，CE ＝4，点F 是AB 的中点， ∴ AE ＝EG ＝CG ＝2.作BH ⊥CD 交于H.∵ 平面BCD ⊥平面ACD ，∴ BH ⊥平面ACD.由条件得BH ＝32.S △DEG ＝13S △ACD ＝13×12AC ·CD ·sin30°＝ 3.三棱锥B-DEG 的体积V ＝13S △DEG ·BH ＝13×3×32＝32.变式训练在△ABC 中，∠BAC ＝90°，∠B ＝60°，AB ＝1，D 为线段BC 的中点，E 、F 为线段AC 的三等分点(如图①)．将△ABD 沿着AD 折起到△AB′D 的位置，连结B′C (如图②)．(1) 若平面AB′D ⊥平面ADC ，求三棱锥B′-ADC 的体积；(2) 记线段B′C 的中点为H ，平面B′ED 与平面HFD 的交线为l ，求证：HF ∥l ； (3) 求证：AD ⊥B′E.图①图②(1) 解：在直角△ABC 中，D 为BC 的中点，所以AD ＝BD ＝CD.又∠B ＝60°，所以△ABD 是等边三角形．取AD 中点O ，连结B′O ，所以B′O ⊥AD.因为平面AB′D ⊥平面ADC ，平面AB′D ∩平面ADC ＝AD ，B′O 平面AB′D ，所以B′O ⊥平面ADC.在△ABC 中，∠BAC＝90°，∠B ＝60°，AB ＝1，D 为BC 的中点，所以AC ＝3，B ′O ＝32.所以S △ADC ＝12×12×1×3＝34.所以三棱锥B′ADC 的体积为V ＝13×S △ADC ×B ′O ＝18. (2) 证明：因为H 为B′C 的中点，F 为CE 的中点，所以HF ∥B′E.又HF 平面B′ED ，B ′E 平面B ′ED ，所以HF ∥平面B′ED.因为HF Ì平面HFD ，平面B′ED ∩平面HFD ＝l ，所以HF ∥l.(3) 证明：连结EO ，由(1)知，B ′O ⊥AD.因为AE ＝33，AO ＝12，∠DAC ＝30°，所以EO ＝AE 2＋AO 2－2AE·AOcos30°＝36.所以AO 2＋EO 2＝AE 2.所以AD ⊥EO.又B′O Ì平面B′EO ，EO Ì平面B′EO ，B ′O ∩EO ＝O ， 所以AD ⊥平面B′EO.又B′E Ì平面B′EO ，所以AD ⊥B′E. 题型3 简单几何体的综合应用 例3 (2013·徐州调研)在边长为a 的正三角形铁皮的三个角切去三个全等的四边形，再把它的边沿虚线折起(如图)，做成一个无盖的正三角形底铁皮箱，当箱底边长为多少时，箱子容积最大？最大容积是多少？解：设箱底边长为x ，则箱高为h ＝33×a －x 2(0<x<a)， 箱子的容积为V(x)＝12x 2×sin60°×h ＝18ax 2－18x 3(0<x<a)．由V′(x)＝14ax －38x 2＝0，解得x 1＝0(舍)，x 2＝23a ，且当x ∈⎝⎛⎭⎫0，23a 时，V ′(x)>0；当x ∈⎝⎛⎭⎫23a ，a 时，V ′(x)<0， 所以函数V(x)在x ＝23a 处取得极大值，这个极大值就是函数V(x)的最大值： V ⎝⎛⎭⎫23a ＝18a ×⎝⎛⎭⎫23a 2－18×⎝⎛⎭⎫23a 3＝154a 3.答：当箱子底边长为23a 时，箱子容积最大，最大值为154a 3.备选变式（教师专享）四面体的六条棱中，有五条棱长都等于a. (1) 求该四面体的体积的最大值；(2) 当四面体的体积最大时，求其表面积．解： (1) 如图，在四面体ABCD 中，设AB ＝BC ＝CD ＝AC ＝BD ＝a ，AD ＝x ，取AD 的中点为P ，BC 的中点为E ，连结BP 、EP 、CP.得到AD ⊥平面BPC ，∴ V A －BCD ＝V A －BPC ＋V D －BPC ＝13·S △BPC ·AP ＋13S △BPC ·PD ＝13·S △BPC ·AD ＝13·12·aa 2－x 24－a24·x＝a 12（3a 2－x 2）x 2≤a 12·3a 22＝18a 3(当且仅当x ＝62a 时取等号)． ∴ 该四面体的体积的最大值为18a 3.(2) 由(1)知，△ABC 和△BCD 都是边长为a 的正三角形，△ABD 和△ACD 是全等的等腰三角形，其腰长为a ，底边长为62a ，∴ S 表＝2×34a 2＋2×12×62a ×a 2－⎝⎛⎭⎫64a 2＝32a 2＋62a ×10a 4＝32a 2＋15a 24＝23＋154a 2.【示例】 (本题模拟高考评分标准，满分14分)如图，底面边长为a ，高为h 的正三棱柱ABC-A 1B 1C 1，其中D 是AB 的中点，E 是BC 的三等分点．求几何体BDEA 1B 1C 1的体积．学生错解：解 ∵ BD ＝a 2，BE ＝a3，∠DBE ＝60°，∴ S △DBE ＝12BD ·BEsin ∠DBE ＝324a 2，S △A 1B 1C 1＝12·A 1B 1·B 1C 1sin60°＝34a 2.由棱台体积公式得VBDEA 1B 1C 1＝13h(S △BDE ＋S △A 1B 1C 1＋S △BDE ·S △A 1B 1C 1)＝13h ⎝ ⎛⎭⎪⎫324a 2＋34a 2＋324a 2·34a 2 ＝73＋3272a 2h.审题引导： (1) 弄清组合体的结构，这里几何体DBEA 1B 1C 1不是棱台，也可补上一个三棱锥使之成为一个三棱台；(2) 运用体积公式进行计算．规范解答：解：如图，取BC 中点F ，连结DF 、C 1D 、C 1E 、C 1F ，得正三棱台DBFA 1B 1C 1及三棱锥C 1DEF.∵S △A 1B 1C 1＝34a 2，S △DBF ＝14S △ABC ＝316a 2，(4分)∴VDBFA 1B 1C 1＝13h(S △DBF ＋S △A 1B 1C 1＋S △DBF ·S △A 1B 1C 1)＝13h(34a 2＋316a 2＋34a 2·316a 2)＝7348a 2h.(8分) ∴ VC 1DEF ＝13h ·112·34a 2＝3144a 2h ，(10分)∴ VBDEA 1B 1C 1＝VDBFA 1B 1C 1VC 1DEF ＝7348a 2h －3144a 2h ＝5338a 2h.(14分)错因分析：没有弄清所给几何体的结构，几何体DBEA 1B 1C 1不是棱台．1. (2013·南京调研)如图，已知正三棱柱ABCA 1B 1C 1的底面边长为2 cm ，高为5 cm ，则一质点自点A 出发，沿着三棱柱的侧面绕行两周到达点A 1的最短路线的长为________cm.答案：13解析：根据题意，利用分割法将原三棱柱分割为两个相同的三棱柱，然后将其展开为如图所示的实线部分，则可知所求最短路线的长为52＋122＝13(cm)．2. 一个圆锥的侧面展开图是圆心角为43π，半径为18 cm 的扇形，则圆锥母线与底面所成角的余弦值为________．答案：23解析：设母线长为l ，底面半径为r ，则依题意易知l ＝18 cm ，由αl ＝2πr ，代入数据即可得43π×18＝2πr ，解得r ＝12 cm ，因此所求角的余弦值即为r l ＝1218＝23.3. (2013·济南模拟改)如图所示，在正三棱锥S-ABC 中，M 、N 分别是SC 、BC 的中点，且MN ⊥AM ，若侧棱SA ＝23，则正三棱锥SABC 外接球的表面积是________．答案：36π解析：在正三棱锥S-ABC 中，易证SB ⊥AC ，又MN ∥12BS ，∴ MN ⊥AC.∵ MN ⊥AM ，∴ MN ⊥平面ACM.∴ MN ⊥SC ，∴ ∠CSB ＝∠CMN ＝90°，即侧面为直角三角形，底面边长为2 6.此棱锥的高为2，设外接球半径为R ，则(2－R)2＋⎝⎛⎭⎫26×32×232＝R 2，∴ R ＝3，∴ 外接球的表面积是36π.4. 我国古代数学名著《数书九章》中有“天池盆测雨”题：在下雨时，用一个圆台形的天池盆接雨水．天池盆盆口直径为二尺八寸，盆底直径为一尺二寸，盆深一尺八寸．若盆中积水深九寸，则平地降雨量是________寸．(注：① 平地降雨量等于盆中积水体积除以盆口面积；② 一尺等于十寸)答案：3解析：本题考查圆台的体积公式．做出圆台的轴截面如图，由题意知，BF ＝14(单位寸，下同)，OC ＝6，OF ＝18，OG ＝9，即G 是OF 中点，所以GE 为梯形的中位线，所以GE ＝14＋62＝10，即积水的上底面半径为10.所以盆中积水的体积为13(100π＋36π＋100π×36π)＝588π.盆口的面积为142π＝196π，所以588π196π＝3，即平地降雨量是3寸．5. 如图，四棱锥P-ABCD 中，PA ⊥底面ABCD ，AB ⊥AD ，点E 在线段AD 上，且CE ∥AB. (1) 求证：CE ⊥平面PAD ；(2) 若PA ＝AB ＝1，AD ＝3，CD ＝2，∠CDA ＝45°，求四棱锥P-ABCD 的体积． (1) 证明：因为PA ⊥平面ABCD ，CE 平面ABCD ，所以PA ⊥CE. 因为AB ⊥AD ，CE ∥AB ， 所以CE ⊥AD. 又PA ∩AD ＝A ， 所以CE ⊥平面PAD.(2) 解：由(1)可知CE ⊥AD.在Rt △ECD 中，DE ＝CD·cos45°＝1，CE ＝CD·sin45°＝1.因为AB ＝CE ＝1，AB ∥CE ，所以四边形ABCE 为矩形．所以S ABCD ＝S ABCE ＋S △ECD ＝AB·AE ＋12CE ·DE ＝1×2＋12×1×1＝52.又PA ⊥平面ABCD ，PA ＝1，所以V P-ABCD ＝13S ABCD ·PA ＝13×52×1＝56.1. (2013·福州模拟)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________．答案：312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. 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323π，那么这个三棱柱的体积是________．答案：483解析：因为球的体积为323π，柱体的高为2r ＝4，又正三棱柱的底面三角形内切圆半径与球半径相等，r ＝2，所以底面边长a ＝43，所以V 柱＝34×(43)2×4＝48 3.3. (2013·杭州模拟)如图，在四边形ABCD 中，∠DAB ＝90°，∠ADC ＝135°，AB ＝5，CD ＝22，AD ＝2，求四边形ABCD 绕AD 旋转一周所成几何体的表面积及体积．解：由已知得CE ＝2，DE ＝2，CB ＝5，S 表面＝S 圆台侧＋S 圆台下底＋S 圆锥侧＝π(2＋5)×5＋π×25＋π×2×22＝(60＋42)π，V＝V 圆台－V 圆锥＝13(π·22＋π·52＋22·52π2)×4－13π×22×2＝1483π.4. 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)．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)．解：由题意可知矩形的高即圆柱的母线长为9.6－8×2r8＝1.2－2r ，∴ 塑料片面积S ＝πr 2＋2πr(1.2－2r)＝πr 2＋2.4πr －4πr 2＝－3πr 2＋2.4πr ＝－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．1. 几何体体积的求法：(1) 若所给几何体为柱、锥、台、球等简单几何体，可直接套用公式计算求解；(2) 若所给几何体的体积不能直接利用公式得出，则常用转换法、分割法、补形法等方法进行求解．熟练掌握柱、锥、台、球等各种简单几何体的结构特征，弄清组合体的结构十分必要．2. 求几何体表面上两点间的最短距离的常用方法：选择恰当的棱或母线将几何体展开，转化为求平面上两点间的最短距离．请使用课时训练(B)第5课时(见活页)．[备课札记]。
《空间几何体的表面积与体积》导学案
《空间几何体的表面积与体积》导学案一、学习目标1、理解并掌握柱体、锥体、台体和球体的表面积和体积公式。
2、能够运用公式求解常见空间几何体的表面积和体积问题。
3、培养空间想象能力和逻辑推理能力，提高数学应用意识。
二、知识回顾1、多面体的概念由若干个平面多边形围成的几何体叫做多面体。
围成多面体的各个多边形叫做多面体的面，相邻两个面的公共边叫做多面体的棱，棱与棱的公共点叫做多面体的顶点。
2、旋转体的概念一条平面曲线绕着它所在的平面内的一条定直线旋转所形成的曲面叫做旋转面，封闭的旋转面围成的几何体叫做旋转体。
3、棱柱、棱锥、棱台的结构特征（1）棱柱：有两个面互相平行，其余各面都是四边形，并且每相邻两个四边形的公共边都互相平行。
（2）棱锥：有一个面是多边形，其余各面都是有一个公共顶点的三角形。
（3）棱台：用一个平行于棱锥底面的平面去截棱锥，底面与截面之间的部分。
4、圆柱、圆锥、圆台的结构特征（1）圆柱：以矩形的一边所在直线为旋转轴，其余三边旋转形成的面所围成的旋转体。
（2）圆锥：以直角三角形的一条直角边为旋转轴，旋转一周所形成的曲面所围成的旋转体。
（3）圆台：用平行于圆锥底面的平面去截圆锥，底面与截面之间的部分。
5、球的结构特征以半圆的直径所在直线为旋转轴，半圆面旋转一周形成的旋转体叫做球体，简称球。
三、空间几何体的表面积1、棱柱、棱锥、棱台的表面积棱柱、棱锥、棱台都是由多个平面图形围成的多面体，它们的表面积就是各个面的面积之和。
（1）直棱柱的侧面积直棱柱的侧面展开图是矩形，矩形的长等于直棱柱底面多边形的周长，宽等于直棱柱的高。
所以直棱柱的侧面积等于底面周长乘以高。
（2）正棱锥的侧面积正棱锥的侧面展开图是若干个全等的等腰三角形，等腰三角形的底等于正棱锥底面多边形的边长，高等于斜高。
所以正棱锥的侧面积等于底面周长乘以斜高的一半。
（3）正棱台的侧面积正棱台的侧面展开图是若干个全等的等腰梯形，等腰梯形的上底等于正棱台上底面多边形的边长，下底等于正棱台下底面多边形的边长，高等于斜高。
空间几何体的体积和表面积复习课(定)
问题（3）： 若在奖杯中间部分堆塑一条龙，缠绕奖杯一圈，且使 龙的首与尾在一条竖直线上。两种设计方案中如何堆 塑使得龙的身长最短？
图（1）
图（2）
小结：
1、几何体的体积
2、几何体的表面积
3、用分割与组合方法求几何体的体积
4、 空间图形问题
平面图形问题
想一想：
一个棱锥的三视图如图，则该棱锥的全面积（单位：cm2）为 （A）48+12 2 （B）48+24 2 （C）36+12 2 （D）36+24 2
S (r r r l rl )
'2 2 '
2r `
O`
2r
O
1、多面体的表面积 2、旋转体的表面积
各面面积之和
S球 4 r
空间图形问题 平面图形问题
2
O O'
E
O O'
H F
S总 S球 S棱柱侧 S棱台全 1 4 4 8 4 20 14 20 （14 4 20 4） 5 2 64 1576 1777
8
8 20
4
14 20
图（1） 图（2）
圆柱的展开图是一个矩形：
如果圆柱的底面半径为 r ，母线为 l ，那么圆柱 2 r 的底面积为 ，侧面积为 2rl 。因此圆柱的 表面积为
S 2r 2rl 2r (r l )
2
O`
O
圆台的展开图是一个扇环，它的表面积等于上、 下两个底面和加上侧面的面积，即
锥体的体积
1 V Sh 3
4 3 V r 3
S/=0
球的体积：
用分割与组合方法求几何体的体积。
2020届山东高三理科数学一轮复习课件第八章§8.1空间几何体的表面积和体积
×60=10.
评析 本题通过长方体考查体积之间的关系,通过体积公式,找出底面面积与高的关系,不需要 求出具体的底面面积和高是多少.
6.(2019天津文,12,5分)已知四棱锥的底面是边长为 2 的正方形,侧棱长均为 5 .若圆柱的一个
底面的圆周经过四棱锥四条侧棱的中点,另一个底面的圆心为四棱锥底面的中心,则该圆柱的
体积为
.
答案
4
解析 本题考查圆柱、正四棱锥的性质,通过计算圆柱的底面半径、高、体积考查学生的空
间想象能力,体现了直观想象的核心素养.
如图所示,圆柱的高|O1O|= 12 |PO|= 12 PA2
AO2
= 1 5
2
1
=1,圆柱的底面半径r= 1 |AO|= 1 ,所以圆
2
2
柱的体积V=πr2·|O1O|=π× 14 ×1= 4 .
则2R= 3 × 2 ,R= 6 ,∴球O的体积V= 4 πR3= 6 π.故选D.
2
3
解法二:令PA=PB=PC=2x(x>0),则EF=x,连接FC,由题意可得FC= 3 .在△PAC中,cos∠APC=
4x2 4x2 4 = 2x2 1 .
2 4x2
2x2
在△PEC中,EC2=PC2+PE2-2PC·PEcos∠EPC=4x2+x2-2×2x·x·2 x22x2 1 =x2+2,在△FEC中,∵∠CEF=
32
又制作该模型所需的原料密度为0.9 g/cm3, 故制作该模型所需原料的质量为0.9×132=118.8(g).
易错警示 计算被挖去的四棱锥底面面积时,容易误认为四边形HEFG为正方形,由勾股定理 求得HE= 22 32 = 13 ,错认为底面面积为13.
高三数学 7.1空间几何体教案
7.1空间几何体【高考目标定位】一、空间几何体的结构及其三视图和直观图1、考纲点击（1）认识柱、锥、台、球及其简单组合体的结构特征，并能运用这些特征描述现实生活中简单物体的结构；（2）能画出简单空间图形（长方体、球、圆柱、圆锥、棱柱等的简易组合）的三视图，能识别上述三视图所表示的立体模型，会用斜二测法画出它们的直观图；（3）会用平行投影与中心投影两种方法画出简单空间图形的三视图与直观图，了解空间图形的不同表示形式；（4）会画某些建筑物的视图与直观图（在不影响图形特征的基础上，尺寸、线条等不作严格要求）。
2、热点提示1、高考考查的热点是三视图和几何体的结构特征，借以考查空间想象能力；2、以选择、填空的形式考查，有时也出现在解答题中。
二、空间几何体的表面积与体积1、考纲点击了解球、棱柱、棱锥、台的表面积和体积的计算公式（不要求记忆公式）；2、热点提示（1）通过考查几何体的表面积和体积，借以考查空间想象能力和计算能力；（2）多与三视图、简单组合体相联系；（3）以选择、填空的形式考查，属容易题。
【考纲知识梳理】一、空间几何体的结构及其三视图和直观图1、多面体的结构特征（1）棱柱（以三棱柱为例）如图：平面ABC与平面A1B1C1间的关系是平行，ΔABC与ΔA1B1C1的关系是全等。
各侧棱之间的关系是：A1A∥B1B∥C1C，且A1A=B1B=C1C。
（2）棱锥（以四棱锥为例）如图：一个面是四边形，四个侧面是有一个公共顶点的三角形。
（3）棱台棱台可以由棱锥截得，其方法是用平行于棱锥底面的平面截棱锥，截面和底面之间的部分为棱台。
2、旋转体的结构特征旋转体都可以由平面图形旋转得到，画出旋转出下列几何体的平面图形及旋转轴。
3、空间几何体的三视图空间几何体的三视图是用正投影得到，在这种投影下，与投影面平行的平面图形留下的影子与平面图形的开关和大小是完全相同的，三视图包括正视图、侧视图、俯视图。
4、空间几何体的直观图空间几何体的直观图常用斜二测画法来画，其规则是：（1）原图形中x轴、y轴、z轴两两垂直，直观图中，x’轴、y’轴的夹角为45o（或135o），z’轴与x’轴和y’轴所在平面垂直；（2）原图形中平行于坐标轴的线段，直观图中仍平行。
2017届高三理科数学一轮复习课件：第八篇第2节 空间几何体的表面积与体积
(A) 2 (B) 3 (C) 4
3
3
3
(D) 3 2
解析:(1)如图,分别过点 A,B 作 EF 的垂线,
垂足分别为 G,H,连接 DG,CH,容易求得 EG=HF= 1 , 2
AG=GD=BH=HC= 3 ,所以 S =S = △AGD △BHC 1 × 2 ×1= 2 ,
2
22
4
所以 V= VEADG + VFBHC + VAGDBHC
径的球的表面积是
.
解析:设 O 到底面的距离为 h,则 1 ×3×h= 3 2 ,
3
2
解得 h= 3 2 .OA= 2
h2
6 2 2
=
6,
故球的表面积为 4π×( 6 )2=24π.
答案:24π
第十页，编辑于星期六：一点 十九分。
数学
5.(2016海淀模拟)已知某四棱锥,底面是边长为2的正方形,且俯视图如图所
1.圆柱、圆锥、圆台的侧面积公式是如何导出的?
提示:将其侧面展开利用平面图形面积公式求解. 2.将圆柱、圆锥、圆台的侧面沿任意一条母线剪开铺平分别得到什么图形?
提示:矩形、扇形、扇环.
第四页，编辑于星期六：一点 十九分。
数学
知识梳理
空间几何体的表面积和体积公式如下
表面积
棱柱
S 表=S 侧+2S 底
考点专项突破 在讲练中理解知识
考点一 几何体的表面积
几何体的表面积
【例1】 (1)(2014高考山东卷)一个六棱锥的体积为2,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
.
解析:(1)设该六棱锥的高为 h,
则 1 ×6× 3 ×22×h=2 6 ,
高中数学必修二 (教案)简单几何体的表面积与体积
简单几何体的表面积与体积【第一课时】【教学目标】1．了解柱体、锥体、台体的侧面展开图，掌握柱体、柱、锥、台的体积2．能利用柱体、锥体、台体的体积公式求体积，理解柱体、锥体、台体的体积之间的关系【教学重难点】1．柱、锥、台的表面积2．锥体、台体的表面积的求法【教学过程】一、问题导入预习教材内容，思考以下问题：1．棱柱、棱锥、棱台的表面积如何计算？2．圆柱、圆锥、圆台的侧面展开图分别是什么？3．圆柱、圆锥、圆台的侧面积公式是什么？4．柱体、锥体、台体的体积公式分别是什么？5．圆柱、圆锥、圆台的侧面积公式、体积公式之间分别有怎样的关系？二、新知探究柱、锥、台的表面积例1：（1）若圆锥的正视图是正三角形，则它的侧面积是底面积的（）A.2倍B．3 倍C．2 倍D．5 倍（2）已知正方体的8 个顶点中，有 4 个为侧面是等边三角形的三棱锥的顶点，则这个三棱锥与正方体的表面积之比为（）A．1∶ 2B．1∶3C．2∶ 2D．3∶6（3）已知某圆台的一个底面周长是另一个底面周长的 3 倍，母线长为 3 ，圆台的侧面积为84π，则该圆台较小底面的半径为（）A．7B．6C．5D．3【解析】（1）设圆锥的底面半径为r，母线长为l，则由题意可知，l＝2r，于是S侧＝πr·2r＝2πr2，S底＝πr2，可知选 C.（2）棱锥B′ACD′为适合条件的棱锥，四个面为全等的等边三角形，设正方体的棱长为1，则B′C＝2，S△B′AC＝3 2.三棱锥的表面积S锥＝4×32＝23，又正方体的表面积S正＝6.因此S锥∶S正＝23∶6＝1∶ 3.（3）设圆台较小底面的半径为r，则另一底面的半径为3r.由S侧＝3π（r＋3r）＝84π，解得r＝7.【答案】（1）C（2）B（3）A[规律方法]空间几何体表面积的求法技巧（1）多面体的表面积是各个面的面积之和．（2）组合体的表面积应注意重合部分的处理．（3）圆柱、圆锥、圆台的侧面是曲面，计算侧面积时需要将这个曲面展开为平面图形计算，而表面积是侧面积与底面圆的面积之和．柱、锥、台的体积例2：如图所示，正方体ABCDA1B1C1D1的棱长为a，过顶点B，D，A1截下一个三棱锥．（1）求剩余部分的体积；（2）求三棱锥AA1BD的体积及高．【解】（1）V三棱锥A1ABD＝13S△ABD·A1A＝13×1 2·AB·AD·A1A＝16a3.故剩余部分的体积V＝V正方体－V三棱锥A1ABD＝a3－16a3＝56a3.（2）V三棱锥AA1BD＝V三棱锥A1ABD＝1 6a 3.设三棱锥AA1BD的高为h，则V三棱锥AA1BD＝13·S△A1BD·h＝13×12×32（2a）2h＝36a2h，故36a2h＝16a3，解得h＝3 3a.[规律方法]求几何体体积的常用方法（1）公式法：直接代入公式求解．（2）等积法：例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，棱台补成棱锥等．（4）分割法：将几何体分割成易求解的几部分，分别求体积．[提醒]求几何体的体积时，要注意利用好几何体的轴截面（尤其为圆柱、圆锥时），准确求出几何体的高和底面积．组合体的表面积和体积例3：如图在底面半径为2，母线长为 4 的圆锥中内接一个高为3的圆柱，求圆柱的表面积．【解】设圆锥的底面半径为 R ，圆柱的底面半径为 r ，表面积为 S . 则 R ＝OC ＝2，AC ＝4， AO ＝42－22＝2 3. 如图所示，易知△AEB ∽△AOC ，所以AE AO ＝EB OC ，即323＝r 2，所以 r ＝1，S 底＝2πr 2＝2π，S 侧＝2πr ·h ＝23π. 所以 S ＝S 底＋S 侧＝2π＋23π ＝（2＋23）π.1．[变问法]本例中的条件不变，求圆柱的体积与圆锥的体积之比． 解：由例题解析可知：圆柱的底面半径为 r ＝1，高 h ＝3，所以圆柱的体积 V 1＝πr 2h ＝π×12×3＝3π.圆锥的体积 V 2＝13π×22×23＝833π.所以圆柱与圆锥的体积比为 3∶8.2．[变问法]本例中的条件不变，求图中圆台的表面积与体积．解：由例题解析可知：圆台的上底面半径 r ＝1，下底面半径 R ＝2，高 h ＝3，母线 l ＝2，所以圆台的表面积 S ＝π（r 2＋R 2＋r ·l ＋Rl ）＝π（12＋22＋1×2＋2×2）＝11π.圆台的体积 V ＝13π（r 2＋rR ＋R 2）h ＝13π（12＋2＋22）×3＝733π. 3．[变条件、变问法]本例中的“高为3”改为“高为 h ”，试求圆柱侧面积的最大值．解：设圆锥的底面半径为 R ，圆柱的底面半径为 r ，则R＝OC＝2，AC＝4，AO＝42－22＝2 3.如图所示易知△AEB∽△AOC，所以AEAO ＝EBOC，即23－h23＝r2，所以h＝23－3r，S圆柱侧＝2πrh＝2πr（23－3r）＝－23πr2＋43πr，所以当r＝1，h＝3时，圆柱的侧面积最大，其最大值为23π.[规律方法]求组合体的表面积与体积的步骤（1）分析结构特征：弄清组合体的组成形式，找准有关简单几何体的关键量．（2）设计计算方法：根据组成形式，设计计算方法，特别要注意“拼接面”面积的处理，利用“切割”“补形”的方法求体积．（3）计算求值：根据设计的计算方法求值．【课堂总结】1．棱柱、棱锥、棱台的表面积多面体的表面积就是围成多面体各个面的面积的和．棱柱、棱锥、棱台的表面积就是围成它们的各个面的面积的和．2．棱柱、棱锥、棱台的体积（1）V棱柱＝Sh；（2）V棱锥＝13Sh；V棱台＝13h（S′＋SS′＋S），其中S′，S分别是棱台的上、下底面面积，h为棱台的高．3．圆柱、圆锥、圆台的表面积和体积名称图形公式圆柱底面积：S底＝πr2侧面积：S侧＝2πrl表面积：S＝2πrl＋2πr2体积：V＝πr2l[名师点拨]1．柱体、锥体、台体的体积（1）柱体：柱体的底面面积为S ，高为h ，则V ＝Sh .（2）锥体：锥体的底面面积为S ，高为h ，则V ＝13Sh . （3）台体：台体的上、下底面面积分别为S ′、S ，高为h ，则V ＝13()S ′＋SS ′＋S h .2．圆柱、圆锥、圆台的侧面积公式之间的关系S 圆柱侧＝2πrl ――→r ′＝r S 圆台侧＝π（r ′＋r ）l ――→r ′＝0S 圆锥侧＝πrl . 3．柱体、锥体、台体的体积公式之间的关系V 柱体＝Sh ――→S ′＝S V 台体＝13（S ′＋S ′S ＋S ）h ――→S ′＝0V 锥体＝13Sh .【课堂检测】1．已知某长方体同一顶点上的三条棱长分别为1，2，3，则该长方体的表面积为（ ）A ．22B ．20C ．10D ．11解析：选A.所求长方体的表面积S ＝2×（1×2）＋2×（1×3）＋2×（2×3）＝22.2．正三棱锥的高为3，侧棱长为23，则这个正三棱锥的体积为（ ）A.274B.94C.2734D.934解析：选D.由题意可得底面正三角形的边长为3，所以V ＝13×34×32×3＝934.故选D.3．已知圆台的上、下底面的面积之比为9∶25，那么它的中截面截得的上、下两台体的侧面积之比是________．解析：圆台的上、下底面半径之比为3∶5，设上、下底面半径为3x ，5x ，则中截面半径为4x ，设上台体的母线长为l ，则下台体的母线长也为l ，上台体侧面积S 1＝π（3x ＋4x ）l ＝7πxl ，下台体侧面积S 2＝π（4x ＋5x ）l ＝9πxl ，所以S 1∶S 2＝7∶9.答案：7∶9 4.如图，三棱台ABC A 1B 1C 1中，AB ∶A 1B 1＝1∶2，求三棱锥A 1ABC ，三棱锥B A 1B 1C ，三棱锥CA 1B 1C 1的体积之比．解：设棱台的高为h ，S △ABC ＝S ，则S △A 1B 1C 1＝4S .所以VA 1ABC ＝13S △ABC ·h ＝13Sh ，VC A 1B 1C 1＝13S △A 1B 1C 1·h ＝43Sh .又V 台＝13h （S ＋4S ＋2S ）＝73Sh ， 所以VB A 1B 1C ＝V 台－VA 1ABC －VCA 1B 1C 1＝73Sh －Sh 3－4Sh 3＝23Sh ， 所以体积比为1∶2∶4.【第二课时】 【教学目标】1．记准球的表面积和体积公式，会计算球的表面积和体积 2．能解决与球有关的组合体的计算问题【教学重难点】1．球的表面积与体积 2．与球有关的组合体【教学过程】一、问题导入预习教材内容，思考以下问题：1．球的表面积公式是什么？2．球的体积公式什么？二、新知探究球的表面积与体积例1：（1）已知球的体积是32π3，则此球的表面积是（）A．12πB．16πC.16π3 D.64π3（2）如图，某几何体的三视图是三个半径相等的圆及每个圆中两条互相垂直的半径，若该几何体的体积是28π3，则它的表面积是（）A．17π B．18πC．20π D．28π【解析】（1）设球的半径为R，则由已知得V＝43πR3＝32π3，解得R＝2.所以球的表面积S＝4πR2＝16π.（2）由三视图可得此几何体为一个球切割掉18后剩下的几何体，设球的半径为r，故78×43πr3＝283π，所以r＝2，表面积S＝78×4πr2＋34πr2＝17π，选A.【答案】（1）B（2）A[归纳反思]球的体积与表面积的求法及注意事项（1）要求球的体积或表面积，必须知道半径R或者通过条件能求出半径R，然后代入体积或表面积公式求解．（2）半径和球心是球的最关键要素，把握住了这两点，计算球的表面积或体积的相关题目也就易如反掌了．球的截面问题例2：如图，有一个水平放置的透明无盖的正方体容器，容器高8 cm，将一个球放在容器口，再向容器内注水，当球面恰好接触水面时测得水深为6 cm，如果不计容器厚度，则球的体积为（）A.500π3cm3 B.866π3cm3C.1 372π3cm3 D.2 048π3cm3【解析】如图，作出球的一个截面，则MC＝8－6＝2（cm），BM＝12AB＝12×8＝4（cm）．设球的半径为R cm，则R2＝OM2＋MB2＝（R－2）2＋42，所以R＝5，所以V球＝43π×53＝5003π （cm3）．【答案】A[规律方法]球的截面问题的解题技巧（1）有关球的截面问题，常画出过球心的截面圆，将问题转化为平面中圆的问题．（2）解题时要注意借助球半径R，截面圆半径r，球心到截面的距离d构成的直角三角形，即R2＝d2＋r2.与球有关的切、接问题角度一球的外切正方体问题例3：将棱长为 2 的正方体木块削成一个体积最大的球，则该球的体积为（）A.4π3B.2π3C.3π2D.π6【解析】由题意知，此球是正方体的内切球，根据其几何特征知，此球的直径与正方体的棱长是相等的，故可得球的直径为 2，故半径为 1，其体积是43×π×13＝4π3.【答案】A角度二球的内接长方体问题例4：一个长方体的各个顶点均在同一球的球面上，且一个顶点上的三条棱的长分别为 1，2，3，则此球的表面积为________．【解析】长方体外接球直径长等于长方体体对角线长，即 2R ＝12＋22＋32＝14，所以球的表面积 S ＝4πR 2＝14π. 【答案】14π角度三球的内接正四面体问题例5：若棱长为 a 的正四面体的各个顶点都在半径为 R 的球面上，求球的表面积．【解】把正四面体放在正方体中，设正方体棱长为 x ，则 a ＝2x ，由题意2R ＝3x ＝3×2a 2＝62a ，所以 S 球＝4πR 2＝32πa 2.角度四球的内接圆锥问题例6：球的一个内接圆锥满足：球心到该圆锥底面的距离是球半径的一半，则该圆锥的体积和此球体积的比值为________．【解析】①当圆锥顶点与底面在球心两侧时，如图所示，设球半径为 r ，则球心到该圆锥底面的距离是r 2，于是圆锥的底面半径为 r 2－⎝ ⎛⎭⎪⎫r 22＝3r 2，高为3r 2.该圆锥的体积为 13 ×π×⎝ ⎛⎭⎪⎫3r 22 ×3r 2＝38πr 3，球体积为43 πr 3，所以11 / 13该圆锥的体积和此球体积的比值为38πr 343πr 3＝932. ②同理，当圆锥顶点与底面在球心同侧时，该圆锥的体积和此球体积的比值为332.【答案】932或332角度五球的内接直棱柱问题例7：设三棱柱的侧棱垂直于底面，所有棱的长都为 a ，顶点都在一个球面上，则该球的表面积为（ ）A ．πa 2B.73πa 2C.113πa 2 D ．5πa 2【解析】由题意知，该三棱柱为正三棱柱，且侧棱与底面边长相等，均为 a ．如图，P 为三棱柱上底面的中心，O 为球心，易知 AP＝23×32a ＝33a ，OP ＝12a ，所以球的半径 R ＝ OA 满足R 2＝⎝ ⎛⎭⎪⎫33a 2＋⎝ ⎛⎭⎪⎫12a 2＝712a 2，故 S 球＝4πR 2＝73πa 2. 【答案】B[规律方法]（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＝a 2，过在一个平面上的四个切点作截面如图（1）． （2）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 ，过球心作长方体的对角线，则球的半径为 r 2＝12 a 2＋b 2＋c 2，如图（2）．12 / 13（3）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 .【课堂总结】1．球的表面积设球的半径为R ，则球的表面积S ＝4πR 2．2．球的体积设球的半径为R ，则球的体积V ＝43πR 3．[名师点拨]对球的体积和表面积的几点认识（1）从公式看，球的表面积和体积的大小，只与球的半径相关，给定R 都有唯一确定的S 和V 与之对应，故表面积和体积是关于R 的函数．（2）由于球的表面不能展开成平面，所以，球的表面积公式的推导与前面所学的多面体与旋转体的表面积公式的推导方法是不一样的．（3）球的表面积恰好是球的大圆（过球心的平面截球面所得的圆）面积的4倍．【课堂检测】1．直径为 6 的球的表面积和体积分别是（ ）A ．36π，144πB ．36π，36πC ．144π，36πD ．144π，144π解析：选 B ．球的半径为 3，表面积 S ＝4π·32＝36π，体积 V ＝43π·33＝36π.2．一个正方体的表面积与一个球的表面积相等，那么它们的体积比是（ ） A.6π6 B.π2C.2π2D.3π2π解析：选 A ．设正方体棱长为 a ，球半径为 R ，由 6a 2＝4πR 2 得a R ＝2π3，所以V 1V 2＝a 343πR 3＝34π⎝ ⎛⎭⎪⎫2π33＝6π6. 3．若两球的体积之和是 12π，经过两球球心的截面圆周长之和为 6π，则两球的半径之差为（ ）A ．1B ．213 / 13C ．3D ．4解析：选 A ．设两球的半径分别为 R ，r （R >r ），则由题意得⎩⎪⎨⎪⎧4π3R 3＋4π3r 3＝12π，2πR ＋2πr ＝6π，解得⎩⎨⎧R ＝2，r ＝1.故 R －r ＝1. 4．已知棱长为 2 的正方体的体积与球 O 的体积相等，则球 O 的半径为________．解析：设球 O 的半径为 r ，则43πr 3＝23，解得 r ＝36π. 答案：36π5．已知过球面上 A ，B ，C 三点的截面和球心的距离为球半径的一半，且 AB ＝BC ＝CA ＝2，求球的表面积．解：设截面圆心为O ′，球心为 O ，连接 O ′A ，OA ，OO ′，设球的半径为 R .因为O ′A ＝23×32×2＝233.在 Rt △O ′OA 中，OA 2＝O ′A 2＋O ′O 2，所以 R 2＝⎝ ⎛⎭⎪⎫2332＋14R 2， 所以 R ＝43，所以 S 球＝4πR 2＝649π.。
2015届高三数学(文)第一轮总复习课件 第46讲 空间几何体的表面积和体积
如图所示，则该几何体的侧面积为__________ cm2.
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(2)如图所示是一个几何体的三视图，则该几何体的体 积为( A．1 1 B.2 3 C.4 3 D.2 )
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解析: (1)这是一个底面边长为 8， 高为 3 的正四棱锥， 1 且这个四棱锥的斜高为 5，因此侧面积为 S＝4× ×8×5 2 ＝80(cm2)． (2)由题意可知，该几何体为一个四棱锥，底面面积 3 1 3 1 为 ，高为 1，体积为 V＝ × ×1＝ ，故选 B. 2 3 2 2
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二
与体积和表面积有关的最值问题
【例 2】在底面直径和高均为 2R 的圆锥内作一内接圆柱，
当圆柱的底面半径和高分别为多少时，它的体积最大？
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解析：如图，作出圆锥的轴截面，设圆柱的高为 h， h R－ r 底面半径为 r(0<r<R)，体积为 V，则 ＝ ， 2R R 所以 h＝2(R－r)，
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第46讲
空间几何体的表面积和体积
1
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2
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1．如图为一个几何体的三视图，正视图和侧视图均为 矩形，俯视图为正三角形，尺寸如图，则该几何体的侧面积 为( B )
A．6 B．24 C．12 3 D．32
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解析：由三视图可知几何体为正棱柱，其高为 4，底面正 三角形的高为 3，从而底面边长 a 满足 asin 60° ＝ 3，所以 a ＝2.则 S 侧＝3a· 4＝3×2×4＝24.故选 B.
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