1.多面體的側(cè)面積、表面積和體積

2.旋轉(zhuǎn)體的側(cè)面積、表面積和體積
3.空間幾何體表面積與體積的常見(jiàn)求法
(1)常見(jiàn)的求幾何體體積的方法
①公式法:直接代入公式求解.
②等體積法:四面體的任何一個(gè)面都可以作為底面,只需選用底面面積和高都易求出的形式即可.
③補(bǔ)體法:將幾何體補(bǔ)成易求解的幾何體,如棱錐補(bǔ)成棱柱,三棱柱補(bǔ)成四棱柱等.
④分割法:將幾何體分割成易求解的幾部分,分別求體積.
(2)求組合體的表面積與體積的方法
求組合體的表面積的問(wèn)題,首先應(yīng)弄清它的組成部分,其表面有哪些底面和側(cè)面,各個(gè)面的面積應(yīng)該
怎樣求,然后根據(jù)公式求出各個(gè)面的面積,最后相加或相減.求體積時(shí)也要先弄清各組成部分,求出各簡(jiǎn)單幾何體的體積,再相加或相減.
4.球的截面
(1)球的截面形狀
①當(dāng)截面過(guò)球心時(shí),截面的半徑即球的半徑,此時(shí)球的截面就是球的大圓;
②當(dāng)截面不過(guò)球心時(shí),截面的半徑小于球的半徑,此時(shí)球的截面就是球的小圓.
(2)球的截面的性質(zhì)
①球心和截面圓心的連線垂直于截面;
②球心到截面的距離d與球的半徑R及截面的半徑r之間滿足關(guān)系式:.
圖形解釋如下:
在球的軸截面圖中,截面與球的軸截面的關(guān)系如圖所示.若設(shè)球的半徑為R,以O(shè)'為圓心的截面的半徑
為r,OO'=d.則在Rt△OO'C中,有,即.
5.幾何體與球的切、接問(wèn)題
常見(jiàn)的與球有關(guān)的組合體問(wèn)題有兩種:一種是內(nèi)切球,另一種是外接球.
常見(jiàn)的幾何體與球的切、接問(wèn)題的解決方案:
【題型1 多面體的表面積與體積】
【方法點(diǎn)撥】
求解棱柱、棱錐、棱臺(tái)的表面積與體積時(shí),要結(jié)合具體條件,找出其中的基本量,利用相應(yīng)的表面積、體
積計(jì)算公式,進(jìn)行求解即可.
【例1】(2023·全國(guó)·模擬預(yù)測(cè))如圖1,位于西安大慈恩寺的大雁塔是我國(guó)現(xiàn)存最早、規(guī)模最大的唐代四方樓閣式磚塔,其最高處的塔剎可以近似地看成一個(gè)正四棱錐,如圖2,已知正四棱錐P-ABCD的高為4.87m,其側(cè)棱與高的夾角為45°,則該正四棱錐的體積約為( )4.873≈115.5
A.231m3B.179m3C.154m3D.77m3
【變式1-1】(2023·全國(guó)·模擬預(yù)測(cè))如圖,已知四棱柱ABCD-A1B1C1D1的體積為V,四邊形ABCD為平行四邊形,點(diǎn)E在CC1上且CE=3EC1,則三棱錐D1-ADC與三棱錐E-BCD的公共部分的體積為( )
A.V28B.V21C.3V28D.V7
【變式1-2】(2023·高一課時(shí)練習(xí))已知斜三棱柱的一個(gè)側(cè)面的面積為10,該側(cè)面與其相對(duì)側(cè)棱的距離為3,則此斜三棱柱的體積為( )
A.30B.15C.10D.60
【變式1-3】(2023秋·江西上饒·高二期末)“塹堵”“陽(yáng)馬”和“鱉臑”是我國(guó)古代對(duì)一些特殊幾何體的稱(chēng)謂.《九章算術(shù).商功》:“斜解立方,得兩塹堵,斜解塹堵,其一為陽(yáng)馬,其一為鱉臑”,即一個(gè)長(zhǎng)方體沿對(duì)角線斜解(圖1).得到一模一樣的兩個(gè)塹堵,再沿一個(gè)塹堵的一個(gè)頂點(diǎn)和相對(duì)的棱斜解(圖2),得一個(gè)四棱錐稱(chēng)為陽(yáng)馬(圖3),一個(gè)三棱錐稱(chēng)為鱉臑(圖4).若某長(zhǎng)方體的長(zhǎng)為4,寬為2,高為2,記該長(zhǎng)方體的體積為V,由該長(zhǎng)方體斜解所得到的塹堵、陽(yáng)馬和鱉臑的體積分別為V1,V2,V3,則下列選項(xiàng)不正確的是( )
A.V=16B.V1=8
C.V2=163D.V3=43
【題型2 圓柱、圓錐、圓臺(tái)的表面積與體積】
【方法點(diǎn)撥】
求解圓柱、圓錐、圓臺(tái)的表面積與體積時(shí),要結(jié)合具體條件,找出其中的基本量,利用相應(yīng)的表面積、體
積計(jì)算公式,進(jìn)行求解即可.
【例2】已知圓錐的側(cè)面展開(kāi)圖是一個(gè)半徑為4,弧長(zhǎng)為4π的扇形,則該圓錐的表面積為( )
A.4πB.8πC.12πD.20π
【變式2-1】(2023·云南昆明·模擬預(yù)測(cè))已知一個(gè)圓柱體積為π,底面半徑為3,則與此圓柱同底且體積相同的圓錐的側(cè)面積為( )
A.3πB.23πC.33πD.43π
【變式2-2】(2022春·河南·高一期中)圓臺(tái)上?下底面半徑分別是1?2,高為3,這個(gè)圓臺(tái)的體積是( )
A.733πB.23πC.73πD.233π
【變式2-3】(2023春·河南·高三開(kāi)學(xué)考試)如圖,青銅器的上半部分可以近似看作圓柱體,下半部分可以近似看作兩個(gè)圓臺(tái)的組合體,已知AB=9cm,CD=3cm,則該青銅器的表面積為( )(假設(shè)上、下底面圓是封閉的)
A.363+81π2cm2B.183+58πcm2
C.243+81π2cm2D.183+36πcm2
【題型3 球的表面積與體積】
【方法點(diǎn)撥】
計(jì)算球的表面積和體積的關(guān)鍵都是確定球的半徑,要注意把握球的表面積公式和體積公式中系數(shù)的特征和
半徑次數(shù)的區(qū)別.必要時(shí)需逆用表面積公式和體積公式得到球的半徑.
【例3】(2023·高一課時(shí)練習(xí))若球的表面積擴(kuò)大為原來(lái)的n倍,則它的半徑比原來(lái)增加的倍數(shù)為( )
A.n-1B.n+1C.n+2D.n
【變式3-1】(2022秋·上海徐匯·高二期末)如果兩個(gè)球的表面積之比為4:9,那么這兩個(gè)球的體積之比為( )
A.8:27B.2:13C.4:943D.2:9
【變式3-2】(2022春·湖南株洲·高一期中)已知球 O 的表面積為 12π, 則它的體積為( )
A.43πB.43C.83πD.83
【變式3-3】(2023秋·河南安陽(yáng)·高三期末)圓錐的母線長(zhǎng)為2,側(cè)面積為2π,若球O的表面積與該圓錐的表面積相等,則球O的體積為( )
A.2π3B.2π3C.3π2D.3π2
【題型4 球的截面問(wèn)題】
【方法點(diǎn)撥】
利用球的半徑、截面的半徑、球心與截面圓心的連線構(gòu)建直角三角形是把空間問(wèn)題轉(zhuǎn)化為平面問(wèn)題的主要
途徑.
【例4】(2022春·安徽宣城·高一期中)用與球心距離為1的平面去截球,所得截面圓的面積為π,則球的表面積為
A.8π3B.32π3
C.8πD.82π3
【變式4-1】(2022秋·福建泉州·高二開(kāi)學(xué)考試)已知AB為球O的一條直徑,過(guò)OB的中點(diǎn)M作垂直于AB的截面,則所得截面和點(diǎn)A構(gòu)成的圓錐的表面積與球的表面積的比值為( )
A.316B.916C.38D.932
【變式4-2】(2022春·福建漳州·高一期中)過(guò)半徑為2的球的一條半徑的中點(diǎn),作垂直于該半徑的平面,則所得截面的面積與球的體積的比為( )
A.932B.916C.38D.316
【變式4-3】(2023·全國(guó)·高三專(zhuān)題練習(xí))體積為183的正三棱錐A-BCD的每個(gè)頂點(diǎn)都在半徑為R的球O的球面上,球心O在此三棱錐內(nèi)部,且R:BC=2:3,點(diǎn)E為線段BD上一點(diǎn),且DE=2EB,過(guò)點(diǎn)E作球O的截面,則所得截面圓面積的取值范圍是( )
A.[4π,12π]B.[8π,16π]C.[8π,12π]D.[12π,16π]
【題型5 幾何體與球的切、接問(wèn)題】
【方法點(diǎn)撥】
1.球外接于幾何體,則幾何體的各頂點(diǎn)均在球面上.解題時(shí)要認(rèn)真分析圖形,一般需依據(jù)球和幾何體的對(duì)稱(chēng)
性,明確接點(diǎn)的位置,根據(jù)球心與幾何體特殊點(diǎn)間的關(guān)系,確定相關(guān)的數(shù)量關(guān)系,并作出合適的截面進(jìn)行
求解.
2.解決幾何體的內(nèi)切球問(wèn)題,應(yīng)先作出一個(gè)適當(dāng)?shù)慕孛?一般作出多面體的對(duì)角面所在的截面),這個(gè)截面應(yīng)
包括幾何體與球的主要元素,且能反映出幾何體與球的位置關(guān)系和數(shù)量關(guān)系.
【例5】(2022秋·江蘇淮安·高三階段練習(xí))如圖,已知三棱柱ABC-A1B1C1的底面是等腰直角三角形,AA1⊥底面ABC,AC=BC=2,AA1=4,點(diǎn)D在上底面A1B1C1(包括邊界)上運(yùn)動(dòng),則三棱錐D-ABC的外接球表面積的范圍為( )
A.814π,24πB.9π,24π
C.24316π,24πD.24316π,86π
【變式5-1】如圖,在梯形ABCD中,AB∥CD,AD=DC=BC=2,∠ABC=60°,將△ACD沿邊AC翻折,使點(diǎn)D翻折到P點(diǎn),且PB=22,則三棱錐P-ABC外接球的表面積是( )
A.15πB.25πC.55πD.20π
【變式5-2】如圖,在三棱柱ABC-A1B1C1中,AA1⊥底面ABC,AA1=4,AC=BC=2,∠ACB=90°,D在上底面A1B1C1(包括邊界)上運(yùn)動(dòng),則三棱錐D-ABC的外接球體積的最大值為( )
A.46πB.83πC.86πD.123π
【變式5-3】(2023·廣東茂名·統(tǒng)考一模)已知菱形ABCD的各邊長(zhǎng)為2,∠B=60°.將△ABC沿AC折起,折起后記點(diǎn)B為P,連接PD,得到三棱錐P-ACD,如圖所示,當(dāng)三棱錐P-ACD的表面積最大時(shí),三棱錐P-ACD的外接球體積為( )
A.523πB.433πC.23πD.823π
【題型6 實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題】
【方法點(diǎn)撥】
對(duì)于實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題,解題的關(guān)鍵是正確建立數(shù)學(xué)模型,然后利用表(側(cè))面積或體積公式即可求解.另外,正
確作出截面圖,找出其中的等量關(guān)系也是常用的方法.
與球有關(guān)的實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題一般涉及容積問(wèn)題,解題的關(guān)健是正確作出截面圖,找出其中的等量關(guān)系.另外,
利用總體積不變,正確建立等量關(guān)系,也是常用的方法.
【例6】(2022秋·上海浦東新·高二期末)如圖,某種水箱用的“浮球”是由兩個(gè)半球和一個(gè)圓柱筒組成,已知球的直徑是6cm,圓柱筒長(zhǎng)2cm.
(1)這種“浮球”的體積是多少cm3?(結(jié)果精確到0.1)
(2)要在這樣2500個(gè)“浮球”表面涂一層膠質(zhì),如果每平方米需要涂膠100克,共需膠約多少克?(精確到克)
【變式6-1】(2022秋·上海靜安·高二期中)如圖,在兩塊鋼板上打孔,用釘帽呈半球形、釘身為圓柱形的鉚釘(圖1)穿在一起,在沒(méi)有帽的一端錘打出一個(gè)帽,使得與釘帽的大小相等,鉚合的兩塊鋼板,成為某種鋼結(jié)構(gòu)的配件,其截面圖如圖2.(單位:mm).(加工中不計(jì)損失).
(1)若釘身長(zhǎng)度是釘帽高度的3倍,求鉚釘?shù)谋砻娣e;
(2)若每塊鋼板的厚度為10mm,求釘身的長(zhǎng)度(結(jié)果精確到1mm).
【變式6-2】(2022·高二課時(shí)練習(xí))如圖,有一個(gè)水平放置的透明無(wú)蓋的正方體容器,容器高10cm,為了測(cè)得某個(gè)球的體積,小明將一個(gè)球放在容器口,再向容器內(nèi)注水,當(dāng)球面恰好接觸水面時(shí)測(cè)得水深為8cm,如果不計(jì)容器的厚度,求球的體積(精確到1cm3).
【變式6-3】(2022·高一課時(shí)練習(xí))如圖,AB是一圓柱形樹(shù)樁的底面直徑,PA是圓柱的母線,且AB=PA=2,點(diǎn)C是圓柱底面圓周上的點(diǎn).
(1)求該樹(shù)樁的側(cè)面積和體積;
(2)若AC=1,D是PB的中點(diǎn),線有一只小蟲(chóng)在點(diǎn)C,先在線段PA上鉆一個(gè)小洞,記為點(diǎn)E,若該小蟲(chóng)要從點(diǎn)C鉆過(guò)小洞點(diǎn)E到達(dá)點(diǎn)D,要使得小蟲(chóng)爬過(guò)的路徑最短,請(qǐng)你確定小洞點(diǎn)E的位置,并求出路徑的最小值.

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