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8.3 简单几何体的表面积与体积8.3.1 棱柱、棱锥、棱台的表面积和体积学习目标核心素养1.通过对棱柱、棱锥、棱台的研究,掌握棱柱、棱锥、棱台的表面积与体积的求法.(重点)2.会求棱柱、棱锥、棱台有关的组合体的表面积与体积.(难点、易错点)1.借助棱柱、棱锥、棱台的表面积、体积的计算,培养数学运算素养.2.通过对棱柱、棱锥、棱台的体积的探究,提升逻辑推理的素养.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.2.棱柱、棱锥、棱台的体积棱柱的体积公式V=Sh(S为底面面积,h为高);棱锥的体积公式V=Sh(S为底面面积,h为高);棱台的体积公式V=h(S′++S).其中,台体的上、下底面面积分别为S′、S,高为h.思考:简单组合体分割成几个几何体,其表面积不变吗?其体积呢?[提示] 表面积变大了,而体积不变.1.棱长为3的正方体的表面积为(  )A.27   B.64   C.54   D.36C [根据表面积的定义,组成正方体的面共6个,且每个都是边长为3的正方形.从而,其表面积为6×32=54.]8 2.长方体同一顶点上的三条棱长分别为1,2,3,则长方体的体积与表面积分别为(  )A.6,22B.3,22C.6,11D.3,11A [V=1×2×3=6,S=2(1×2)+2(1×3)+2(2×3)=22.]3.棱长都是3的三棱锥的表面积S为.9 [因为三棱锥的四个面是全等的正三角形,所以S=4××32=9.]简单几何体的表面积【例1】 现有一个底面是菱形的直四棱柱,它的体对角线长为9和15,高是5,求该直四棱柱的侧面积.[解] 如图,设底面对角线AC=a,BD=b,交点为O,对角线A1C=15,B1D=9,∴a2+52=152,b2+52=92,∴a2=200,b2=56.∵该直四棱柱的底面是菱形,∴AB2=+===64,∴AB=8.∴直四棱柱的侧面积S=4×8×5=160.求几何体的表面积问题,通常将所给几何体分成基本几何体,再通过这些基本几何体的表面积进行求和或作差,从而获得几何体的表面积,另外有时也会用到将几何体展开求其展开图的面积进而得表面积.8 1.侧面都是等腰直角三角形的正三棱锥,底面边长为a时,该三棱锥的表面积是(  )A.a2     B.a2C.a2D.a2A [∵侧面都是等腰直角三角形,故侧棱长等于a,∴S表=a2+3××=a2.]简单几何体的体积【例2】 三棱台ABCA1B1C1中,AB∶A1B1=1∶2,求三棱锥A1ABC,三棱锥BA1B1C,三棱锥CA1B1C1的体积之比.[解] 设三棱台的高为h,S△ABC=S,则S△A1B1C1=4S.∴VA1ABC=S△ABC·h=Sh,VCA1B1C1=S△A1B1C1·h=Sh.又V台=h(S+4S+2S)=Sh,∴VBA1B1C=V台-VA1ABC-VCA1B1C1=Sh--=Sh,∴体积比为1∶2∶4.8 求几何体体积的常用方法2.如图,正方体ABCDA1B1C1D1的棱长为1,E,F分别为线段AA1,B1C上的点,则三棱锥D1EDF的体积为. [利用三棱锥的体积公式直接求解.VD1EDF=VFDD1E=S△D1DE·AB=××1×1×1=.]棱台与棱锥之间关系的综合问题【例3】 已知正四棱台(上、下底是正方形,上底面的中心在下底面的投影是下底面中心)上底面边长为6,高和下底面边长都是12,求它的侧面积.[解] 如图,E,E1分别是BC,B1C1的中点,O,O1分别是下、上底面正方形的中心,则O1O为正四棱台的高,则O1O=12.连接OE,O1E1,8 则OE=AB=×12=6,O1E1=A1B1=3.过E1作E1H⊥OE,垂足为H,则E1H=O1O=12,OH=O1E1=3,HE=OE-O1E1=6-3=3.在Rt△E1HE中,E1E2=E1H2+HE2=122+32=32×17,所以E1E=3.所以S侧=4××(B1C1+BC)×E1E=2×(6+12)×3=108.在本例中,把棱台还原成棱锥,你能利用棱锥的有关知识求解吗?[解] 如图,正四棱台的侧棱延长交于一点P.取B1C1,BC的中点E1,E,则EE1的延长线必过P点(以后可以证明).O1,O分别是正方形A1B1C1D1与正方形ABCD的中心.由正棱锥的定义,CC1的延长线过P点,且有O1E1=A1B1=3,OE=AB=6,则有==,即=.所以PO1=O1O=12.在Rt△PO1E1中,PE=PO+O1E=122+32=32×17,8 在Rt△POE中,PE2=PO2+OE2=242+62=62×17,所以E1E=PE-PE1=6-3=3.所以S侧=4××(BC+B1C1)×E1E=2×(12+6)×3=108.解决有关正棱台的问题时,常用两种解题思路:一是把基本量转化到直角梯形中去解决;二是把正棱台还原成正棱锥,利用正棱锥的有关知识来解决.1.棱柱、棱锥、棱台的表面积分别是它们侧面展开图的面积,因此弄清侧面展开图的形状及侧面展开图中各线段的长,是掌握它们的表面积有关问题的关键.2.计算棱柱、棱锥、棱台的体积,关键是根据条件找出相应的底面面积和高,要充分运用多面体的有关截面,将空间问题转化为平面问题.3.在几何体的体积计算中,注意体会“分割思想”、“补体思想”及“等价转化思想”.1.判断正误(1)锥体的体积等于底面积与高之积.(  )(2)台体的体积,可转化为两个锥体体积之差.(  )(3)正方体的表面积为96,则正方体的体积为64.(  )[答案] (1)× (2)√ (3)√2.如图所示,正方体ABCDA1B1C1D1的棱长为1,则三棱锥D1ACD的体积是(  )8 A.        B.C.D.1A [三棱锥D1ADC的体积V=S△ADC×D1D=××AD×DC×D1D=×=.]3.已知高为3的棱柱ABCA1B1C1的底面是边长为1的正三角形(如图),则三棱锥B1ABC的体积为(  )A.B.C.D.[答案] D4.把一个棱长为a的正方体,切成27个全等的小正方体,则所有小正方体的表面积为.18a2 [原正方体的棱长为a,切成的27个小正方体的棱长为a,每个小正方体的表面积S1=a2×6=a2,所以27个小正方体的表面积是a2×27=18a2.]5.如图所示,三棱锥的顶点为P,PA,PB,PC为三条侧棱,且PA,PB,PC两两互相垂直,又PA=2,PB=3,PC=4,求三棱锥PABC的体积V.8 [解] 三棱锥的体积V=Sh,其中S为底面积,h为高,而三棱锥的任意一个面都可以作为底面,所以此题可把B看作顶点,△PAC作为底面求解.故V=S△PAC·PB=××2×4×3=4.8 查看更多

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