空间几何体地表格面积和体积公式大全

温柔似野鬼°
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2021年02月21日 11:12
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2021年2月21日发(作者:篮球电影10大排行榜)


空间几何体的表面积与体积公式大全



一、



全(表)面积(含侧面积)



1




柱体





棱柱





圆柱



2




锥体



h



h



S




c


h



S




2


S




S

< br>侧



S



S



1




c



h


2


1




圆锥:


S


圆锥侧



c



l



2




棱锥:


S


棱锥侧



S




S




S




h



S



h



S



3




台体




1< /p>


2


1




圆台:


S


棱台侧


< /p>


(


c


上底



c


下底


)


l



2



< p>
棱台:


S


棱台侧



(


c


上底



c


下底


)


h

< p>


S




S




S



S




4




球体



S




S






球:


S< /p>




4



r


2





球冠:略





球缺:略



二、



体积



1




柱体



h


'



l



S




S






棱柱





圆柱



2




锥体



V


柱< /p>



S


h



S



h



h



S


h



S






棱锥





圆锥




V




1


3


S


h



h



S



3




台体



1


(< /p>



S



S




S


< p>
)



3


h


S



1


2

2




(



V


圆台


3


h


r



r



r




r



)





棱台





圆台



4




球体



V


台< /p>



S




S




h


'



h



l




4




球:


V





r


3



3


S




S





球冠:略





球缺:略



说明:棱锥、棱台计算侧面 积时使用侧面的斜高


h


计算;而圆锥、圆台的

< br>侧面积计算时使用母线


l


计算。



三、



拓展提高



1




祖暅原理:


(祖暅:祖冲之的儿子)



'



夹在两个平行平面间的两个 几何体,如果它们在任意高度上的平行截


面面积都相等,那么这两个几何体的体积相等。




最早推导出球体体积的祖冲之父子便是运用这个原理实现的。



2




阿基米德原理:


(圆柱容球)



圆柱容球原理:


在一个高和底面直径都是


2< /p>


r


的圆柱形容器装一个最大的球


体,则该 球体的全面积等于圆柱的侧面积,体积等于圆柱体积的










2


3


分析:圆柱体积:


V


圆柱

< br>


S


h



(



r


)



2


r



2



r



2


3


圆柱侧面积:


S


圆柱侧



c


2


3


h



(


2


< br>r


)



2


r



4



r



2


因此:球体体积:


V




2



r


3




r


3




球体表面积:


S




4



r


2



通过上述分析,我们可以得到一个很重要的关系(如图)






+



=






即底面直径和高相等的圆柱体积等于与它等底等高的圆锥与同 直径的球体


积之和



3




台体体积公式



1

(



3


h


S



4


3


公式 :



V




S


S





S



)



证明:如图过台体的上下两底面中心连线的纵切面为梯形


ABCD




延长两侧棱相 交于一点


P




设台体上底面积为


S



,下底面积为


S




高为


h



< /p>


易知:



PDC




PAB


,设


PE



h


1





PF



h


1



h



CD


PE



由相似三角形的性质得:



AB


PF


P



D



E



C



A



F



B



即:


S


S





h


1

< p>


h


h


1


(


相似比等于面积比的算术平方根


)



整理得:


h


1



S


h


S< /p>



S






又因为台体的体积


=


大锥体体积—小锥体体积




V




1


1


1


1






< br>


(



)



3


S



h


1


h


3


S



h


1


3


h


1


S



S



3


S

< br>下


h


代入:


h

< br>1



即:


V





V




4


、< /p>



1


3


S


h


S



S

< p>



得:


V





1

< br>3


S


h


(


S



S


S






S



)




1



S



h


3



S

< br>下


)



S


h



(


S




S



)



1


1



(



3


S



h


3


h

< br>S



S


S




1


(


S




h


3


S


S





S



)



球体体积公式推导



分析 :将半球平行分成相同高度的若干层(


n




n


越大,每一层越近似于


圆柱,


n



< /p>


时,每一层都可以看作是一个圆柱。这些圆柱的高为


,则:



每个圆柱的体积


V


i



S


i


h< /p>


=



r


i


2



半球的体积等于这些圆柱的体积之和。



r


n


r


n


0



[


1



0


]



r


)


r


(


)


r


n


n


1

< br>


[


1



1


]





r


r


(


r


)


r


(


)


n


n


2


2


r



r


< br>(


r


)



r


[


1



(


)


]



n


n


2


1


2


2



r



(


2


2


2

< br>2


2


r


2





2


2


2


2


2


o



r


1


2


2


2


3


……

< p>


n



1


n



1


r

)



r


[


1



(


)


]< /p>



r



r



(


n


n

< p>
2


n


2


2


2


2


2


∴半球体积为:


V


半球




V


n






(


r

< br>1


2



r


2



......



r


n


)


2


r


n


0


1


n



1


r< /p>


2


=




r


{


n


< p>
1



[


(


)



.


(

)



.....



(


)


]}


< br>n


=



n


r


3


2


2


2


n



1



2


0


[


n



2


2


n


n


2



......



(


n


< p>
1


)


2


n


2


]



1

(


n



1


)


n


(


2


n< /p>



1


)



3


(


n


< p>
1


)(


2


n



1


)


3

< br>6


=


r


[


n



]




[


1



]



r


2


2


n


6


n


n


1


1


(


1

< br>


)(


2


)


3


n


n


]





r< /p>


[


1



6


1



n


< p>



时,



0

< p>


n


1


1


(


1



)(

< br>2



)


n


n


]




3


(


1



1



2


)



2



3




V


半球




r


3


[

1



r


6


6


3


r


4


∴球 体积为:


V





r


3



3


5




球体表面积公式推导



分析:球体可以 切割成若干(


n



)近似棱锥,当


n






时,这些 棱锥的高


为球体半径,


底面积为球面面积的


则每一个棱锥的体积


V


1




则所有的小棱锥体积之和为球体体积。即 有:



S




4



r


2







6




1


4


3




n




3


n


S



r


3


r


1

< br>n


1


1



S



r


3


n


1


S



n


o


正六面体(正方体)与正四面体




1





积关系



如图:正方体切下四个三棱锥后,



剩下的部分为正四面体



设正方体棱长 为


a




则其 体积为:


V


正方体


< br>a



四个角上切下的每一个三棱锥体积为:




3


V


三棱锥



1


3


S


h


1


1


2


1


3




(


a


)


< br>a



a



3


2


6


中间剩下的正四面体的体积为 :



1



V< /p>


正三棱锥


3


S


h


1


1




[



(


3


2


2


a


)


2



sin


60

< p>


]



(


2


a


)


2


(


2


2


a




3


)< /p>


3


2


2



1


3


3


a

< p>
这样一个正方体可以分成四个三棱锥与中间一个正四面体



即:


1


3


1

< br>3


3




4




a


a


a


6


3



2





接球



正方 体与其体最大的正四面体有相同的外接球。


(理由:过不共面的四


点确定一个球。


)正方体与其体最大的正面体有四个公共顶点。所以它


们共球。



回顾:




两点定线





三点定面





三点定圆





四点定球



如图:



(a)


正方体的体对角线


=


球直径



(b)


正四面体的外接球半径


=




(c)


正四面体 的棱长


=


正方体棱长



2



(d)


正方体体积:正四 面体体积


=3



1


(e)


正方体外接球半径与



正四面体外接球半径相等




3





方体的切球与正四面体的关系



3


4







a





方体切球直径


=


正方体棱长




b





方体切球与正四面体的四条棱相切。




c





正四面体四条棱相切的球半径


=


正方体棱长的一半




d





正四面体棱长为


a


,则与其棱都相切的球半径为


r


1



有:


r


1


< /p>



7




1


2


a


2

< p>


2



a


4


利用祖暅原理推导球体体积。


构造一个几何体,使其截面与半球截面处处相等,根据祖暅原理可得两物


体体积相等 。



证明:


作如下构造:


在底面半径和高都是


r


的圆柱挖去一个与圆柱等底等 高


的圆锥。如图:








在半球和挖去圆锥后的组合体的相同截面上作研究,设圆柱和半球底面半

径均为


R


,截面高度均为


h


,倒圆锥的截面半径为


r


< br>1


,半球截面半径为


h



r


r



1

< p>


1




h



R



r



1




2


则:挖去圆锥后的组合体的截面为:


S


1



< p>
R


2




r




1

2


半球截面面积为:


S


2




r




1


∵倒圆锥的底面半径与高相等,由相似三角形易 得:


r



1



h



在半球,由勾股定理易得:


r



1


< p>
2


R


2



h



2


S


1




R


2




h< /p>



S


2




R


2


< /p>



h


2



即:


S


1



S


2


,也就是说:半球与挖去倒圆锥后有圆柱在 相同的高度上有相


同的截面。



由祖暅 原理可得:


V


1


V


2



2


3


2


4


即,球体体积:


V




2



R


3




3


3


所以 半球体积:


V


半球


< br>Sh



Sh


< br>Sh





R


2



R




R


3< /p>



1


3


2


3


2


3


R

< p>
3



8




正方体与球




1





方体的切球






正方体的棱长


a


球体的直径


d




V


正方体



a


3


d


4


4


1


3


3



V




< p>
r




(


)




a


3


3


6


2


3



V


正方体




V




6


:





2





方体的外接球




正方体的体 对角线


3


a



球体的直径


d




V




d



3



3



4


4


3




(


)

< br>2


a


3



r


3


2


3



V




< /p>


V


正方体



3< /p>



:


2



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