第6章 6.2 柱、锥、台的体积(学案)-【成才之路】2024-2025学年高中新课程数学必修第二册同步学习指导(北师大版2019)

2025-06-03
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资源信息

学段 高中
学科 数学
教材版本 高中数学北师大版必修 第二册
年级 高一
章节 6.2柱、锥、台的体积
类型 学案
知识点 -
使用场景 同步教学-新授课
学年 2025-2026
地区(省份) 全国
地区(市) -
地区(区县) -
文件格式 ZIP
文件大小 1.02 MB
发布时间 2025-06-03
更新时间 2025-06-03
作者 河北万卷文化有限公司
品牌系列 成才之路·高中新教材同步学习指导
审核时间 2025-03-31
下载链接 https://m.zxxk.com/soft/51350606.html
价格 2.00储值(1储值=1元)
来源 学科网

内容正文:

知识点2  (1)ch  (2)12 c·h′  (3) 1 2 (c1 + c2)h′ 关键能力  攻重难 例1:(1)B  (2)2π  (3)168π  (1)因为过直线O1O2 的 平面截该圆柱所得的截面是面积为8的正方形,所以圆柱的高 为槡2 2,底面圆的直径为槡2 2,所以该圆柱的表面积为2 × π × (槡2)2 + 2π 槡 槡× 2 × 2 2 = 12π. (2)由题意,母线长l = 2,底面半径为1,所以侧面积为π × 1 × 2 = 2π. (3)先画轴截面,再利用上、下底面 半径和高的比求解.圆台的轴截面如图 所示,设上底面半径为r,下底面半径为 R,则它的母线长为l = h2 +(R - r)槡 2 = (4r)2 +(3r)槡 2 = 5r = 10,所以r = 2,R = 8. 故S侧= π(R + r)l = π(8 + 2)× 10 = 100π, S表= S侧+ πr 2 + πR2 = 100π + 4π + 64π = 168π. 对点训练1:(1)7  (2)4πS  (3)1  (1)设圆台较小的底 面半径为r,那么较大的底面半径为3r,由已知得π(r + 3r)× 3 + πr2 + 9πr2 = 574π,解得r = 7. (2)设圆柱的底面半径为R, 则S = πR2,R = S槡π,底面周长c = 2πR. 故圆柱的侧面积为S圆柱侧= c2 =(2πR)2 = 4π2·Sπ = 4πS. (3)设圆锥底面半径为r,母线长为l,则 π × r × l = 2π, 2 × π × r = 12 × 2 × π × l { ,解得r = 1,l = 2. 例2:如图,设底面对角线AC = a,BD = b,交点为O, 体对角线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 = AC( )2 2 + BD( )2 2 = a2 + b2 4 = 200 + 56 4 = 64, ∴ AB = 8. ∴直四棱柱的侧面积S侧= 4 × 8 × 5 = 160. ∴直四棱柱的底面积S底= 12 AC·BD 槡= 20 7. ∴直四棱柱的表面积S表 槡 槡= 160 + 2 × 20 7 = 160 + 40 7. 对点训练2:∵四棱锥S - ABCD的各棱长均为5, ∴各侧面都是全等的正三角形. 设E为AB的中点,连接SE,则SE⊥AB, ∴ S侧= 4S△SAB = 4 × 1 2 AB × SE = 2 × 5 × 5 2 - ( )52槡 2 = 槡25 3,S表= S侧+ S底 槡= 25 3 + 25 = 25(槡3 + 1). 例3:因为圆柱形铁管的高为3π,底面半径为1,铁丝在铁 管上缠绕2圈,且铁丝的两个端点落在圆柱的同一母线的两端, 则我们可以得到将圆柱侧面展开后的平面图形,如图所示. 其中每一个小矩形的宽为圆柱的周长2π,长为圆柱的高 3π,则大矩形的对角线长即为铁丝的长度的最小值.此时铁丝的 长度最小值为9π2 + 16π槡 2 = 5π,即铁丝的最短长度为5π. 对点训练3:如图1为棱长为1的正方体礼品盒,先把正方 体的表面按图所示方式展成平面图形,再把平面图形尽可能拼 成面积较小的正方形,如图2所示,由图知正方形的边长为槡2 2, 其面积为8. 课堂检测  固双基 1. A  本题考查了空间想象能力,圆柱侧面积公式.该圆柱侧面 展开图是长宽分别为1,2π的矩形,面积为S = 2π. 2. A  柱体的全面积是侧面积与底面积的和,由题意得S侧= 6ah,两个底面积2S底 槡= 3 3a2,则全面积为6ah 槡+ 3 3a2 . 3. C  S侧= 1 2 (4 + 8)× 3 = 18.故选C. 4.槡3  此四面体的一个面的面积为槡34 ,故它的表面积为4 ×槡 3 4 槡= 3. 5.由已知,可得这个无底的圆锥的母线长为8 cm,设底面半径为 r cm,则2πr = π2 × 8,所以r = 2 cm,所以圆锥的表面积即侧面 积S侧面积= πrl = 2 × 8π = 16π(cm2). 6. 2  柱、锥、台的体积 必备知识  探新知 知识点  1. Sh  2. 13 Sh  3. 1 3 (S上+ S下+ S上·S槡 下)h  1 3 πh(r′ 2 + r′r + r2) 关键能力  攻重难 例1:(1)A  (2)D  (3)槡7 33 π  (1)设圆锥的底面半径为 r,母线长为l, ∵圆锥的轴截面是等腰直角三角形                                                                       , —543— ∴ 2r = l2 + l槡 2,即l 槡= 2r, 由题意得,侧面积S侧= πr·l 槡= 2πr2 槡= 16 2π, ∴ r = 4. ∴ l 槡= 4 2,高h = l2 - r槡 2 = 4. ∴圆锥的体积V = 13 Sh = 1 3 π × 4 2 × 4 = 643 π,故选A. (2)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. (3)设圆台的上、下底面半径分别为r和R,母 线长为l,高为h,则S上= πr2 = π,S下= πR2 = 4π, ∴ r = 1,R = 2,S侧= π(r + R)l = 6π, ∴ l = 2, ∴ h 槡= 3, ∴ V = 13 π(1 2 + 22 + 1 × 2) 槡× 3 = 槡7 33 π. 对点训练1:(1)B  (2)12π   (1)由 图可得,圆台的高为 32 -(2 - 1)槡 2 = 槡2 2, 故圆台的体积为V = 13 槡× 2 2 ×(π × 12 + π × 22 + π × 12 × π × 2槡 2)= 槡14 23 π.故选B. (2)易知圆锥的高h = 4,所以V圆锥= 13 π × 3 2 × 4 = 12π. 例2:(1)D  (2)见解析 【解析】  (1)设三棱锥B1 - ABC的高为h,则V三棱锥B1 - ABC = 1 3 S△ABCh = 1 3 × 槡3 4 ×3 = 槡3 4 . (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,则E1E为斜高.设O1,O分别 是上、下底面的中心,则四边形 EOO1E1为直角梯形. ∵ S侧= 4 × 1 2 ×(10 + 20)× EE1 = 780(cm2), ∴ EE1 = 13 cm. 在直角梯形EOO1E1中, O1E1 = 1 2 A1B1 = 5 cm,OE = 1 2 AB = 10 cm, ∴ O1O = 13 2 -(10 - 5)槡 2 = 12(cm). 故该正四棱台的体积为 V = 13 × 12 ×(10 2 + 202 + 10 × 20)= 2 800(cm3). 对点训练2:13   由题意可知四棱锥A1 - BB1D1D的底面是 矩形,边长为1和槡2,四棱锥的高为12 A1C1 =槡 2 2 ,则四棱锥A1 - BB1D1D的体积为V = 13 槡× 1 × 2 ×槡 2 2 = 1 3 . 例3:(1)圆锥的底面半径R与高h均为2,则圆锥的母线长 为l 槡=2 2,所以圆锥的侧面积为S圆锥侧=πRl =π 槡槡×2 ×2 2 =4 2π. (2)设圆柱的半径为r, 则r2 = 2 - x 2 ,解得r = 2 - x,且0 < x < 2; 所以圆柱的侧面积为S圆柱侧= 2πrx = 2π(2 - x)x = - 2πx2 + 4πx(0 < x < 2). (3)S圆柱侧= - 2πx2 + 4πx = 2π[-(x - 1)2 + 1],0 < x < 2; 当x = 1时,S圆柱侧取得最大值为2π,此时r = 1,圆柱的体积 为V圆柱= πr2x = π·12·1 = π. 对点训练3: 槡12 3 - π( )2   正六棱柱体积为6 ×槡34 × 22 × 2 槡= 12 3,圆柱体积为π( )12 2 ·2 = π2 ,所求几何体体积为槡12 3 - π2 . 课堂检测  固双基 1. B  设正方体的棱长为a,则6a2 = 96,解得a = 4,故V = a3 = 43 = 64. 2. B  设正方体的棱长为1,已知截去的每一个角都是一个三棱 锥,且每个三棱锥的体积都等于16 ,因此截去的四个三棱锥的 体积为23 ,则剩余的四面体的体积为 1 3 . 3. 16   V三棱锥A - DED1 = V三棱锥E - DD1A = 1 3 × 1 2 × 1 × 1 × 1 = 1 6 . 4. 268π cm3   如图所示, 圆台的轴截面是等腰梯形ABCD, 由上、下底面面积分别为4π cm2,49π cm2得, 上底半径O1A = 2 cm,下底半径OB = 7 cm, 又因为腰长为13 cm, 所以圆台的高AM = 132 -(7 - 2)槡 2 = 12(cm), 所以圆台的体积V台= 13 (S上+ S上·S槡 下+ S下)h = 13 (4π + 4π·49槡 π + 49π)× 12 = 268π(cm 3). 5. ∵ VM是棱锥的高, ∴ VM⊥MC. 在Rt△VMC中, MC = VC2 - VM槡 2 = 52 - 4槡 2 = 3(cm), ∴ AC = 2MC = 6(cm). 在Rt△ABC中, BC = AC2 - AB槡 2 = 62 - 4槡 2 槡= 2 5(cm)                                                                       . —643— S底= AB·BC 槡 槡= 4 × 2 5 = 8 5(cm2), ∴ V锥= 1 3 S底h = 1 3 槡× 8 5 × 4 = 槡 32 5 3 (cm 3). ∴棱锥的体积为槡32 53 cm 3 . 6. 3  球的表面积和体积 必备知识  探新知 知识点1  球心  球心  交点  相等 关键能力  攻重难 例1:①当球心在两个截面同侧时,如右 图,设OD = x,由题意知π·CA2 = 49π, ∴ CA = 7(cm).同理可得BD = 20(cm). 设球半径为R,则依题意,得 (CD + OD)2 + CA2 = R2 = OD2 + BD2, 即(9 + x)2 + 72 = x2 + 202,解之得x = 15. ∴ R = 25,故S球= 4πR2 = 2 500π(cm2). ②当球心在两个截面之间时,如图. 设OD = xcm,则OC =(9 - x)cm, 由题意得π·CA2 = 49π, ∴ CA = 7(cm).同理可得BD = 20 cm. 设球半径为R,则依题意,知x2 + 202 =(9 - x)2 + 72 = R2, 即x2 +400 =(9 - x)2 +49,此方程无正数解,故此情况不可能. 综上可知,所求球的表面积为2 500π cm2 . 对点训练1:C  设最小的一个半径为r,则另两个半径为 2r,3r,所以各球的表面积分别为4πr2,16πr2,36πr2, 36πr2 4πr2 + 16πr2 = 95 . 例2:设空心钢球的内径为2x cm,那么钢球质量为 7. 9 × 43 π × ( )52 3 - 43 πx[ ]3 = 142.解得x3 = ( )52 3 - 142 × 3 7. 9 × 4π≈ 11. 3, 由计算器得x≈2. 24,∴ 2x≈4. 5(cm). ∴空心钢球的内径约为4. 5 cm. 对点训练2:500π3   如图所示, 由已知:O1A = 3,OO1 = 4, 从而R = OA = 5. ∴ V球= 4π3 × 5 3 = 500π3 cm 3 . 例3:43 π  ∵底面是正六边形,周长 为3, ∴边长为12 . ∴ AD = 1. AD1为球直径,其长度为槡3 + 1 = 2, ∴ R = 1. ∴ V = 43 πR 3 = 4π3 . 对点训练3:B  由于长方体的长、宽、高分别为2a,a,a,则 长方体的体对角线长为(2a)2 + a2 + a槡 2 槡= 6a.又长方体外接 球的直径2R等于长方体的对角线长, ∴ 2R 槡= 6a. ∴ S球= 4πR 2 = 6πa2 . 例4:设正方体的棱长为a,这三个球的半径分别为r1,r2, r3,球的表面积分别为S1,S2,S3 .作出截面图,分别求出三个球的 半径. (1)正方体的内切球球心是正方体的中心,切点是六个面 的中心,经过四个切点及球心作截面,如图(1)所示,有2r1 = a, 所以r1 = a2 ,所以S1 = 4πr 2 1 = πa 2 . (2)球与正方体的各棱的切点为每条棱的中点,过球心作 正方体的对角面得截面,如图(2)所示,有2r2 槡= 2a,所以r2 = 槡2 2 a,所以S2 = 4πr 2 2 = 2πa 2 . (3)正方体的各个顶点在球面上,过球心作正方体的对角 面得截面,如图(3)所示,有2r3 槡= 3a,所以r3 =槡32 a,所以S3 = 4πr23 = 3πa 2 . 综上可得S1S2S3 = 123. 课堂检测  固双基 1. B  ∵球的直径为2,∴球的半径为1,∴球的表面积S = 4πR2 = 4π. 2. C  设球的半径为R,则截面圆的半径为R2槡- 1,∴截面圆的 面积为S = π( R2槡- 1)2 =(R2 - 1)π = π,∴ R2 = 2,∴球的表 面积S = 4πR2 = 8π. 3.槡3  设正方体的棱长为a,球的半径为R,则43 πR 3 = 9π2 ,∴ R = 32 ,又a 2 + a2 + a槡 2 = 2R,槡∴ 3a = 3,∴ a 槡= 3. 4. 8  4  球的半径为R时,球的体积为V1 = 43 πR 3,表面积为S                                                                      1 —743— 6. 2  柱、锥、台的体积 !"#$%&'( 课标要求 核心素养 1.掌握柱、锥、台的体积计算公式. 2.会利用柱、锥、台的体积公式求有关几何体的体积. 通过本节的学习,培养学生借助空间形式认识 事物的位置关系,利用图形描述、分析数学问 题,培养转化与化归与空间想象等素养. )*+,%-.+ 知识点  柱、锥、台的体积公式     1.棱柱和圆柱的体积 棱柱和圆柱的体积的计算公式:V柱体= Sh  .其中S为柱体的底面积,h为柱体的高. 特别地,V圆柱= πr2h(r是圆柱的底面半径,h是圆柱的高). 2.棱锥和圆锥的体积 棱锥和圆锥的体积的计算公式:V锥体=         .其中S为锥体的底面积,h为锥体的高. 特别地,V圆锥= 13 πr 2h(r是圆锥的底面半径,h是圆锥的高). 3.棱台和圆台的体积 棱台和圆台的体积的计算公式: V台体=                               . S上,S下分别为棱台的上、下底面面积,h为棱台的高.特别地, V圆台=                   (r′,r分别是上、下底面半径,h是高). /012%345                                                        ●678%r÷z rúz rû<þo 1.(1)圆锥的轴截面是等腰直角三角形,侧面积是16槡2π,则圆锥的体积是(    ) A. 64π3 B. 128π 3 C. 64π D. 128槡2π (2)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 (    ) A. 5π B. 6π C. 20π D. 10π (3)已知某圆台的上、下底面面积分别是π,4π,侧面积是6π,则这个圆台的体 积是          . [归纳提升] 〉 ABCD 1     (1)已知圆台上下底面的半径分别为1和2,母线长为3,则圆台的体积为(    ) A. 7π3 B. 14槡2π 3 C. 7π D. 14槡2π (2)若圆锥的底面半径为3,母线长为5,则圆锥的体积是        . 归纳提升: ‘:µt:ºt:¹ -»0-@AB‘î #ÆÆ0åÉ?îX É%¶F^+»- ¾ÄƑÑ?%B éH¯tÉt783 X-uj§jžX1 +2g‘h . %« Œ®ô^+»»0] ^¶FԓI . !()                                                        ●67E%ö÷z öúz öû<þo 2.(1)已知高为3的三棱柱ABC - A1B1C1 的底面是边长为1的 正三角形,如图所示,则三棱锥B1 - ABC的体积为 (    ) A. 14 B. 1 2 C.槡36 D.槡 3 4 (2)正四棱台两底面边长分别为20 cm和10 cm,侧面面积为780 cm2,求其 体积. 【分析】  利用体积公式计算求解. 〉 ABCD 2     如图,已知正方体ABCD - A1B1C1D1的棱长为1,则四棱锥A1 - BB1D1D的体积为        . ●67H%÷z úz ûþo<­®IJ 3.如图,已知一个圆锥的底面半径与高均为2,且在这个圆锥 中有一个高为x的圆柱. (1)求出此圆锥的侧面积; (2)用x表示此圆柱的侧面积表达式; (3)当此圆柱的侧面积最大时,求此圆柱的体积. [归纳提升] 归纳提升: ‘rY¥R@-»0 åÔÆ0?…û0 ÊÔÆ0ÔÕXš@ "-9:?¶F9: -Y¥VGB¥?ù D‘Y¥ . !(*                                                        〉 ABCD 3     如图,六角螺帽毛坯是由一个正六棱柱挖去一个圆柱所构成的.已知螺帽的底面正六边形边长为2 cm,高 为2 cm,内孔半径为0 . 5 cm,则此六角螺帽毛坯的体积是          cm3 . KLMN%OPQ 1.若正方体的表面积为96,则正方体的体积为(    )                                A. 48槡6 B. 64 C. 16 D. 96 2.将一正方体截去四个角后,得到一个四面体,这个四 面体的体积是原正方体体积的 (    ) A. 12 B. 1 3 C. 23 D. 1 4 3.如图所示,正方体ABCD - A1B1C1D1的棱长为1,E为 线段B1C上的一点,则三棱锥A - DED1的体积为         . 4.已知圆台的母线长为13 cm,两底面面积分别为 4π cm2和49π cm2,则该圆台的体积为        . 5.如图,棱锥的底面ABCD是一个矩形,AC与BD交于 点M,VM是棱锥的高.若VM = 4 cm,AB = 4 cm,VC = 5 cm,求锥体的体积. 请同学们认真完成练案[50                                   ] 6. 3  球的表面积和体积 !"#$%&'( 课标要求 核心素养 1.了解球的体积、表面积的推导过程. 2.能运用球的表面积和体积公式灵活解决实际问题. 3.能解决与球的截面有关的计算问题及球的“内接”与“外切” 等几何体问题. 通过本节的学习,培养学生借助空间形式认 识事物的位置关系、形态变化;利用图形描 述、分析数学问题的素养. !)"

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