11.1.6 祖暅原理与几何体的体积(教师版)

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名称 11.1.6 祖暅原理与几何体的体积(教师版)
格式 doc
文件大小 611.4KB
资源类型 试卷
版本资源 人教B版(2019)
科目 数学
更新时间 2026-02-27 00:00:00

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文档简介

11.1.6 祖暅原理与几何体的体积
1.理解祖暅原理的内容,会用祖暅原理推导柱体、锥体和台体的体积公式. 2.掌握柱体、锥体、台体的体积公式,并能熟练应用. 3.熟练掌握并能运用球的体积公式.
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瞧,这么宏伟壮观的金字塔呀!
——你们能求出它的体积吗?
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看,这不是不复存在的世贸双子塔吗?
——这两个棱柱的体积怎么求?
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想知道吗?让我们一起来学习今天的内容吧!
一 祖暅原理
(1)内容:幂势既同,则积不容异.
(2)含义:夹在______________的两个几何体,如果被平行于这两个平面的________所截,两个截面的面积总相等,那么这两个几何体的体积一定相等.
(3)应用:________________的两个柱体或锥体的体积相等.
[答案自填] 两个平行平面间 任意平面 等底面积、等高
【即时练】
1.设A,B为两个等高的几何体,p:A,B的体积相等,q:A,B在同一高处的截面面积相等.根据祖暅原理可知,p是q的(  )
A.充要条件 B.充分不必要条件
C.必要不充分条件 D.既不充分也不必要条件
答案:C
2.如图将底面直径皆为2b,高皆为a的“椭半球体”和已被挖去了圆锥体的圆柱体放置于同一平面β上,用平行于平面β且与β相距任意距离d处的平面截两个几何体,可横截得到一个圆面和一个圆环面,可以证明S圆=S环总成立.据此,当b=2 cm,a=3 cm时,“椭半球体”的体积是(  )
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A.4π cm3   B.8π cm3
C.12π cm3 D.16π cm3
解析:选B.设“椭半球体”和被挖去了圆锥体的圆柱体被与β距离d处的平面截得的圆面、圆环面的面积分别为S1,S2,“椭半球体”和被挖去了圆锥体的圆柱体的体积分别为V1,V2,则S1=S2,由“祖暅原理”两个几何体的体积相等,故V1=V2=πb2a-πb2a=πb2a=8π(cm3).故选B.
二 柱体、锥体、台体的体积
名称 体积(V)
柱体 棱柱 V=Sh
圆柱 V=πr2h
锥体 棱锥 V=Sh
圆锥 V=πr2h
台体 棱台 V=(S2++S1)h
圆台 V=π(r+r2r1+r)h
其中S表示棱柱和棱锥的底面积,S1,S2分别表示棱台上、下底面的面积,h表示高,r表示圆柱和圆锥的底面半径,r1和r2分别表示圆台上、下底面的半径.
INCLUDEPICTURE "例1LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "例1LLL.TIF" \* MERGEFORMAT (1)如图,已知正六棱柱的最大对角面的面积为1 m2,互相平行的两个侧面的距离为1 m,则这个正六棱柱的体积为(  )
INCLUDEPICTURE "RSS80.TIF" INCLUDEPICTURE "RSS80.TIF" \* MERGEFORMAT
A. m3 B. m3
C.1 m3 D. m3
(2)(对接教材例2)正四棱台的底面边长分别为20 cm和10 cm,侧面面积为780 cm2,则正四棱台的体积为________ cm3.
【解析】 (1)设正六棱柱的底面边长为a m,高为h m,则2ah=1,a=1,解得a=,h=.所以正六棱柱的体积V=××6×=(m3).
(2)正四棱台的大致图形如图所示,其中A1B1=10 cm,AB=20 cm,取A1B1的中点E1,AB的中点E,连接E1E,则E1E为斜高.
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设O1,O分别是上、下底面的中心,连接O1O,O1E1,OE,则四边形EOO1E1为直角梯形.因为S侧=4××(10+20)×EE1=780(cm2),
所以EE1=13 cm.
在直角梯形EOO1E1中,
O1E1=B1C1=A1B1=5(cm),
OE=BC=AB=10(cm),
所以O1O==12(cm),
所以该正四棱台的体积为V=×(102+202+10×20)×12=2 800(cm3).
【答案】 (1)B (2)2 800
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求几何体体积的常用方法
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[跟踪训练1] (1)如图,一个底面半径为2的圆柱被一平面所截,截得的几何体的最短和最长母线长分别为2和3,则该几何体的体积为(  )
INCLUDEPICTURE "APV3.TIF" INCLUDEPICTURE "APV3.TIF" \* MERGEFORMAT
A.5π B.6π
C.20π D.10π
解析:选D.用一个完全相同的几何体把题中几何体补成一个圆柱,如图,则圆柱的体积为π×22×5=20π,故所求几何体的体积为10π.
INCLUDEPICTURE "APV4.TIF" INCLUDEPICTURE "APV4.TIF" \* MERGEFORMAT
(2)(2024·新课标Ⅰ卷)已知圆柱和圆锥的底面半径相等,侧面积相等,且它们的高均为,则圆锥的体积为(  )
A.2π B.3π
C.6π D.9π
解析:选B.设圆柱和圆锥的底面半径均为r,因为它们的高均为,且侧面积相等,所以2πr×=πr,得r2=9,所以圆锥的体积V=πr2×=3π.故选B.
三 球的体积
一般地,如果球的半径为R,那么球的体积计算公式为V球=__________.
[答案自填] πR3
INCLUDEPICTURE "例2LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "例2LLL.TIF" \* MERGEFORMAT (1)一平面截一球得到直径为2 cm的圆面,球心到这个平面的距离是2 cm,则该球的体积是(  )
A.12π cm3 B.36π cm3
C.64π cm3 D.108π cm3
(2)若圆锥的体积与球的体积相等,且圆锥的底面半径与球的直径相等,则圆锥的侧面积与球的表面积之比为(  )
A.∶2 B.2∶1
C.∶2 D.3∶2
【解析】 (1)设球心为O,截面圆心为O1,连接OO1,如图所示,在Rt△OO1A中,O1A= cm,OO1=2 cm,所以球的半径R=OA==3(cm),所以球的体积V=π×33=36π(cm3).故选B.
INCLUDEPICTURE "25R7-82.TIF" INCLUDEPICTURE "25R7-82.TIF" \* MERGEFORMAT
(2)设圆锥的底面半径为r,高为h,母线长为l,球的半径为R,
则由题意得
解得
所以l==h,
所以S圆锥侧=πrl=π×2h×h=2πh2,
S球=4πR2=4πh2,
所以==.
故圆锥侧面积与球的表面积之比为∶2.
【答案】 (1)B (2)C
INCLUDEPICTURE "解题技法LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "解题技法LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
(1)求球的体积,关键是求球的半径R.
(2)球与其他几何体组合的问题,往往需要作截面来解决,所作的截面尽可能过球心、切点、接点等.
[跟踪训练2] 若将8个半径为1的实心铁球熔成一个大球,则这个大球的半径是(  )
A.8  B.2
C.2  D.
解析:选C.8个半径为1的实心铁球的总体积为8×π×13=π,设大球半径为R,则πR3=π,解得 R=2.故选C.
四 组合体的体积
INCLUDEPICTURE "例3lll.TIF" INCLUDEPICTURE "例3lll.TIF" \* MERGEFORMAT (对接教材例3)如图,组合体下部是一个直三棱柱,△A1B1C1为等腰直角三角形,BC=CE=2,上部是一个三棱锥,且三棱锥的高AE=3,三棱柱的高A1E=3,求组合体的表面积和体积.
INCLUDEPICTURE "25R7-73.TIF" INCLUDEPICTURE "25R7-73.TIF" \* MERGEFORMAT
【解】 组合体的下部是一个直三棱柱,由题意可知S底=×2×2=2,S侧面=3×2+3×2+3×=12+6;上部是一个三棱锥,AC==,AB==,则AB2=AC2+BC2,所以BC⊥AC,除底面BCE外的表面积S1=×3×2+×3×2+×2×=3+3+,所以S表=S底+S侧面+S1=17+9+.V=V三棱锥+V三棱柱=××2×2×3+×2×2×3=2+6=8.
INCLUDEPICTURE "解题技法LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "解题技法LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
求组合体体积的步骤
(1)分析组合体的结构特征:弄清组合体的组成形式,找准常见几何体的关键量.
(2)设计计算方法:依据组合体的组成形式,经常利用“切割”“补形”的方法求解.
(3)计算求值:依据计算方法与常见几何体的体积公式计算求解.
[跟踪训练3] 在传统木匠中,木楔子是一种常见的工具,它使得榫卯配合的牢固程度最大化,是用于填充器物的空隙使其牢固的木橛、木片等.如图为一个木楔子的直观图,其底面ABCD是一个矩形,其中AB=4,BC=3,EF=2,EA=ED=FB=FC=,EF∥AB,则该木楔子的体积为____________.
INCLUDEPICTURE "25r7-67.TIF" INCLUDEPICTURE "25r7-67.TIF" \* MERGEFORMAT
解析:如图,分别过点E,F作AB,CD的垂线,垂足分别为G,H,M,N,连接GM,HN,则AG=DM=NC=HB=1,EG=EM=FH=FN==3,取GM的中点O,连接
INCLUDEPICTURE "25R7-68.TIF" INCLUDEPICTURE "25R7-68.TIF" \* MERGEFORMAT
EO,因为EG=EM,所以EO⊥GM,则EO==,所以V四棱锥E AGMD=V四棱锥F HBCN=×1×3×=,V三棱柱GME HNF=×3××2=,所以该木楔子的体积V=V四棱锥E AGMD+V四棱锥F HBCN+V三棱柱GME HNF=.
答案:
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1.若圆台上、下底面半径分别是1,2,高为,则这个圆台的体积是(  )
A.π B.2π
C.7π D.π
解析:选A.设圆台的上、下底面半径分别为r1,r2,高为h,由圆台体积公式知,V=πh(r+r+r1r2)=××(12+22+1×2) =π.故选A.
2.已知球的体积是,则此球的表面积是(  )
A.12π B.16π
C. D.
解析:选B.设球的半径为R,所以πR3=,所以R=2,所以S球=4πR2=16π.
3.(多选)(2024·阜新期末)圆柱的侧面展开图是长12 cm,宽8 cm的矩形,则这个圆柱的体积可能是(  )
A. cm3 B. cm3
C.288π cm3 D.192π cm3
解析:选AB.当圆柱的高为8 cm时,体积V=π××8=(cm3);当圆柱的高为12 cm时,体积V=π××12=(cm3).
4.如图,在棱长为1的正方体中,截去三棱锥A A1BD,求剩余的几何体的体积与表面积.
INCLUDEPICTURE "RJZX24.TIF" INCLUDEPICTURE "RJZX24.TIF" \* MERGEFORMAT
解:因为正方体ABCD A1B1C1D1的棱长为1,
三棱锥A A1BD的体积V三棱锥A A1BD=V三棱锥A1 ABD=S△ABD·AA1=××1×1×1=.
所以剩余几何体的体积V=V正方体-V三棱锥A A1BD=1-=.又△A1BD是边长为的等边三角形,S△A1BD=××sin =,
所以S△CBD=S△A1D1D=S△A1B1B=,S正方形BCC1B1=S正方形CDD1C1=S正方形A1B1C1D1=1,所以剩余几何体的表面积为+3×+3×1=.
INCLUDEPICTURE "课堂小结.TIF" INCLUDEPICTURE "课堂小结.TIF" \* MERGEFORMAT
1.已学习:祖暅原理,柱体、锥体、台体、球及简单组合体的体积公式.
2.须贯通:三棱锥的体积可以通过转换底面即“等体积法”来求解;求旋转体体积的关键是寻求底面积与高,一般是在由母线、高、半径组成的直角三角形中列出方程求解.
3.应注意:熟记体积公式,球心位置的确定要准确.