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一题一课 深析球的切、接
球的切、接问题是高考的热点内容,常以客观题的形式出现,近年考查球的切、接问题有所变化,一是与多面体的棱相切,二是多球相切,解决此类问题的关键是平面化或转化为特殊几何体的切、接问题来解决.
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母题
人教 A 版必修第二册P119例4
如图,圆柱的底面直径和高都等于球的直径,求球与圆柱的体积之比.
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感悟 母题围绕球与圆柱,展现了通过几何体基本参数与公式研究体积关系的思路;由此可延伸出棱切球(如正方体的棱切球,需结合面对角线等研究体积关系)、多球相切(如多等径球外切时,利用球心距与半径的关系,结合几何体性质求解相关问题),下面让我们对棱切球、多球相切进行探究!
探究一 球与几何体棱相切
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探究一 球与几何体棱相切
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【技法点拨】 对于球与空间几何体的棱相切的问题,一般过球心及多面体的特殊点(一般为切点)或线作截面图构建等量关系,把空间问题转化为平面问题求解.
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例2 (1)(2025·全国二卷)一个底面半径为4 cm,高为9 cm的封闭圆柱形容器(容器壁厚度忽略不计)内有两个半径相等的铁球,则铁球半径的最大值为________ cm.
探究二 多球相切
2.5
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【解析】 当两个铁球如图放置时,铁球半径最大.圆柱的底面半径为4 cm,设铁球的半径为r,且r<4,由圆柱与球的性质知AB2=(2r)2=(8-2r)2+(9-2r)2,即4r2-68r+145=(2r-5)(2r-29)=0,因为r<4,所以r=2.5.
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(2)(2026·合肥模拟)某零件的结构模型如图,中间大球为正四面体的内切球,小球与大球、正四面体的三个面均相切.若AB=12,则该模型中一个小球的体积为________.
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【技法点拨】 处理多球相切问题的核心是抓住“球心距与球半径的关系”,并结合空间几何体(正多面体、坐标系等)的性质来分析和计算.
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尝试训练
A
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2.(2026·连云港期中)已知一个红球和三个半径为3的白球,这四个球两两外切,且它们都内切于一个半径为7的黑球,则红球的表面积可以为( )
C
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3.(2025·河北“五个一”名校联盟联考)如图,一个半球容器(有盖)的半径为10分米,忽略容器的厚度,若在该容器内放入两个半径均为r分米的球,则r的最大值为________.
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