第八章-§8-1-空间几何体及其表面积与体积.docx

8.1空间几何体及其表面积与体积考试要求1.认识柱、锥、台、球及其简单组合体的结构特征，并能运用这些特征描述现实生活中简单物体的结构.2.能画出简单空间图形(长方体、球、圆柱、圆锥、棱柱等简易组合)的三视图，能识别上述三视图所表示的立体模型，会用斜二测画法画出它们的直观图.3.了解球、棱柱、棱锥、台的表面积和体积的计算公式知识梳理1多面体的结构特征名称棱柱棱锥棱台图形底面互相平行且全等多边形互相平行且相似侧棱平行且相等相交于一点但不一定相等延长线交于一点侧面形状平行四边形三角形梯形2.旋转体的结构特征名称圆柱圆锥圆台球图形母线互相平行且相等，垂直于底面相交于一点延长线交于一点轴截面全等的矩形全等的等腰三角形全等的等腰梯形圆面侧面展开图矩形扇形扇环3.三视图与直观图三视图画法规则：长对正、高平齐、宽相等直观图斜二测画法：(1)原图形中x轴、y轴、z轴两两垂直，直观图中x轴、y轴的夹角为45或135，z轴与x轴和y轴所在平面垂直(2)原图形中平行于坐标轴的线段在直观图中仍平行于坐标轴，平行于x轴和z轴的线段在直观图中保持原长度不变，平行于y轴的线段在直观图中长度为原来的一半.4圆柱、圆锥、圆台的侧面展开图及侧面积公式圆柱圆锥圆台侧面展开图侧面积公式S圆柱侧2rlS圆锥侧rlS圆台侧(r1r2)l5.柱、锥、台、球的表面积和体积名称几何体表面积体积柱体(棱柱和圆柱)S表面积S侧2S底VSh锥体(棱锥和圆锥)S表面积S侧S底VSh台体(棱台和圆台)S表面积S侧S上S下V(S上S下)h球S4R2VR3常用结论1在绘制三视图时，分界线和可见轮廓线都用实线画出，被遮挡的部分的轮廓线用虚线表示出来，即“眼见为实、不见为虚”在三视图的判断与识别中要特别注意其中的虚线2直观图与原平面图形面积间关系S直观图S原图形思考辨析判断下列结论是否正确(请在括号中打“”或“”)(1)有两个面平行，其余各面都是平行四边形的几何体是棱柱()(2)用一个平行于底面的平面截圆锥，得到一个圆锥和一个圆台()(3)菱形的直观图仍是菱形()(4)两个球的体积之比等于它们的半径比的平方()教材改编题1如图，长方体ABCDABCD被截去一部分，其中EHAD，剩下的几何体是()A棱台 B四棱柱C五棱柱 D六棱柱答案C2已知圆锥的表面积等于12 cm2，其侧面展开图是一个半圆，则底面圆的半径为()A1 cm B2 cm C3 cm D. cm答案B解析设圆锥的底面圆的半径为r，母线长为l，因为侧面展开图是一个半圆，所以l2r，即l2r，所以r2rlr2r2r3r212，解得r2.3.如图，将一个长方体用过相邻三条棱的中点的平面截出一个棱锥，则该棱锥的体积与剩下的几何体体积的比为_答案147解析设长方体的相邻三条棱长分别为a，b，c，它截出的棱锥的体积为V1abcabc，剩下的几何体的体积V2abcabcabc，所以V1V2147.题型一空间几何体命题点1三视图例1(2021全国甲卷)在一个正方体中，过顶点A的三条棱的中点分别为E，F，G.该正方体截去三棱锥AEFG后，所得多面体的三视图中，正视图如图所示，则相应的侧视图是()答案D解析根据题目条件以及正视图可以得到该几何体的直观图，如图，结合选项可知该几何体的侧视图为D.命题点2直观图例2有一块多边形的菜地，它的水平放置的平面图形的斜二测直观图是直角梯形(如图所示)，ABC45，ABAD1，DCBC，则这块菜地的面积为_答案2解析DCABsin 45，BCABcos 45AD1，S梯形ABCD(ADBC)DC，SS梯形ABCD2.命题点3展开图例3(2021新高考全国)已知圆锥的底面半径为，其侧面展开图为一个半圆，则该圆锥的母线长为()A2 B2 C4 D4答案B解析设圆锥的母线长为l，因为该圆锥的底面半径为，所以2l，解得l2.教师备选1如图，网格纸的各小格都是正方形，粗实线画出的是一个几何体的三视图，则这个几何体是()A三棱锥 B三棱柱C四棱锥 D四棱柱答案B解析由题意知，该几何体的三视图为一个三角形、两个四边形，经分析可知该几何体为三棱柱2(2022益阳调研)如图，一个水平放置的平面图形的直观图是一个底角为45的等腰梯形，已知直观图OABC的面积为4，则该平面图形的面积为()A. B4 C8 D2答案C解析由S原图形2S直观图，得S原图形248.3.如图所示的扇形是某个圆锥的侧面展开图，已知扇形所在圆的半径R，扇形弧长l4，则该圆锥的表面积为()A2 B(42)C(3) D8答案B解析设圆锥底面圆的半径为r，则2r4，解得r2，圆锥的表面积S表S底面圆S侧r2lR224(42).思维升华(1)由几何体求三视图，要注意观察的方向，掌握“长对正、高平齐、宽相等”的基本要求，由三视图推测几何体，可以先利用俯视图推测底面，然后结合正视图、侧视图推测几何体的可能形式(2)在斜二测画法中，平行于x轴的线段平行性不变，长度不变；平行于y轴的线段平行性不变，长度减半S直观图S原图形跟踪训练1(1)(2021浙江)某几何体的三视图如图所示单位：cm)，则该几何体的体积(单位：cm3)是()A. B3 C. D3答案A解析方法一由三视图可知，该几何体是一个底面为等腰梯形的直四棱柱，其中底面等腰梯形的底边长分别为，2，高为，该四棱柱的高为1，所以该几何体的体积V(2)1.方法二由三视图可知，该几何体是由底面为等腰直角三角形(腰长为2)的直三棱柱截去一个底面为等腰直角三角形(腰长为1)的直三棱柱后得到的，所以该几何体的体积V221121.(2)(2022中卫模拟)已知水平放置的ABC按“斜二测画法”得到如图所示的直观图，其中BOCO1，AO，那么ABC是一个()A等边三角形 B直角三角形C等腰三角形 D钝角三角形答案A解析根据斜二测画法还原ABC在直角坐标系中的图形，如图，则BCBC2，AO2AO，ACAB2，所以ABC是一个等边三角形(3)(2022曲靖模拟)如图，在水平地面上的圆锥形物体的母线长为12，底面圆的半径等于4，一只小虫从圆锥的底面圆上的点P出发，绕圆锥侧面爬行一周后回到点P处，则小虫爬行的最短路程为()A12 B16 C24 D24答案A解析如图，设圆锥侧面展开扇形的圆心角为，则由题意可得2412，则，在POP中，OPOP12，则小虫爬行的最短路程为PP12.题型二表面积与体积命题点1表面积例4(1)(2022成都调研)如图，四面体的各个面都是边长为1的正三角形，其三个顶点在一个圆柱的下底面圆周上，另一个顶点是上底面的圆心，则圆柱的表面积是()A. B.C. D.答案C解析如图所示，过点P作PE平面ABC，E为垂足，点E为等边三角形ABC的中心，连接AE并延长，交BC于点D.AEAD，AD，AE，PE.设圆柱底面半径为r，则rAE，圆柱的侧面积S12rPE2，底面积S2r2222，圆柱的表面积SS1S2.(2)在梯形ABCD中，ABC，ADBC，BC2AD2AB2.将梯形ABCD绕AD所在的直线旋转一周而形成的曲面所围成的几何体的表面积为()A(5) B(4)C(52) D(3)答案A解析在梯形ABCD中，ABC，ADBC，BC2AD2AB2，将梯形ABCD绕AD所在的直线旋转一周而形成的曲面所围成的几何体是一个底面半径为AB1，高为BC2的圆柱挖去一个底面半径为AB1，高为BCAD211的圆锥，该几何体的表面积S122121(5).教师备选有一塔形几何体由3个正方体构成，构成方式如图所示，上层正方体下底面的四个顶点是下层正方体上底面各边的中点已知最底层正方体的棱长为2，则该塔形几何体的表面积为_答案36解析易知由下向上三个正方体的棱长依次为2，1，S表222422()21236.该几何体的表面积为36.思维升华(1)多面体的表面积是各个面的面积之和(2)旋转体的表面积是将其展开后，展开图的面积与底面面积之和(3)组合体的表面积求解时注意对衔接部分的处理命题点2体积例5(1)(2021新高考全国)正四棱台的上、下底面的边长分别为2,4，侧棱长为2，则其体积为()A2012 B28C. D.答案D解析作出图形，连接该正四棱台上、下底面的中心，如图，因为该四棱台上、下底面的边长分别为2,4，侧棱长为2，所以该棱台的高h，下底面面积S116，上底面面积S24，所以该棱台的体积Vh(S1S2)(164).(2)(2020新高考全国)棱长为2的正方体ABCDA1B1C1D1中，M，N分别为棱BB1，AB的中点，则三棱锥A1D1MN的体积为_答案1解析如图，由正方体棱长为2，得2222111，又易知D1A1为三棱锥D1A1MN的高，且D1A12，D1A121.(3)(2022大同模拟)九章算术是我国古代的数学巨著，其卷第五“商功”有如下的问题：“今有刍甍，下广三丈，袤四丈，上袤二丈，无广，高一丈问积几何？”意思为：今有底面为矩形的屋脊形状的多面体(如图)，下底面宽AD3丈，长AB4丈，上棱EF2丈，EF与平面ABCD平行，EF与平面ABCD的距离为1丈，则它的体积是()A4立方丈 B5立方丈C6立方丈 D8立方丈答案B解析如图，过E作EG平面ABCD，垂足为G，过F作FH平面ABCD，垂足为H，过G作PQAD，交AB于Q，交CD于P，过H作MNBC，交AB于N，交CD于M，由图形的对称性可知，AQBN1，QN2，且四边形AQPD与四边形NBCM都是矩形则它的体积VVEAQPDVEPQFMNVFNBCMEGS矩形AQPDSEPQNQFHS矩形NBCM1133121135(立方丈)教师备选(2022佛山模拟)如图所示，在直径AB4的半圆O内作一个内接直角三角形ABC，使BAC30，将图中阴影部分，以AB为旋转轴旋转180形成一个几何体，则该几何体的体积为_答案解析如图，过点C作CDAB于点D.在RtABC中，ACABcos 302，CDAC，ADACcos 303，BDABAD1，将图中阴影部分，以AB为旋转轴旋转180形成一个几何体，该几何体是以AB为直径的半个球中间挖去两个同底的半圆锥，故所求几何体的体积为V.思维升华求空间几何体的体积的常用方法公式法规则几何体的体积，直接利用公式割补法把不规则的几何体分割成规则的几何体，或者把不规则的几何体补成规则的几何体等体积法通过选择合适的底面来求几何体体积的一种方法，特别是三棱锥的体积跟踪训练2(1)(2022武汉质检)等腰直角三角形的直角边长为1，现将该三角形绕其某一边旋转一周，则所形成的几何体的表面积为()A. B(1)C2 D.或(1)答案D解析如果是绕直角边旋转，则形成圆锥，圆锥底面半径为1，高为1，母线就是直角三角形的斜边，长为，所以所形成的几何体的表面积S112(1)；如果绕斜边旋转，则形成的是上、下两个圆锥圆锥的半径是直角三角形斜边上的高，所以圆锥的半径为，两个圆锥的母线都是直角三角形的直角边，母线长是1，所以形成的几何体的表面积S21.综上可知，形成几何体的表面积是(1)或.(2)(2022天津和平区模拟)已知正方体ABCDA1B1C1D1的棱长为2，则三棱锥AB1CD1的体积为()A. B. C4 D6答案B解析如图，三棱锥AB1CD1是由正方体ABCDA1B1C1D1截去四个小三棱锥AA1B1D1，CB1C1D1，B1ABC，D1ACD，又238，23，所以84.课时精练1下列说法不正确的是()A圆柱的每个轴截面都是全等的矩形B棱柱的两个互相平行的面一定是棱柱的底面C棱台的侧面是梯形D用一个平面截一个球，得到的截面是一个圆面答案B解析B不正确，例如六棱柱的相对侧面也互相平行2(2022梧州调研)在我国古代数学名著数学九章中有这样一个问题：“今有木长二丈四尺，围之五尺葛生其下，缠本两周，上与木齐，问葛长几何？”意思是“圆木长2丈4尺，圆周长为5尺，葛藤从圆木的底部开始向上生长，绕圆木两周，刚好顶部与圆木平齐，问葛藤最少长多少尺？”(注：1丈等于10尺)，则这个问题中，葛藤长的最小值为()A2丈4尺 B2丈5尺C2丈6尺 D2丈8尺答案C解析如图，由题意，圆柱的侧面展开图是矩形，一条直角边(即圆木的高)长24尺，另一条直角边长5210(尺)，因此葛藤长的最小值为26(尺)，即为2丈6尺3(2021北京)某四面体的三视图如图所示，该四面体的表面积为()A. B4 C3 D2答案A解析根据三视图可得如图所示的几何体正三棱锥OABC，其侧面为等腰直角三角形，底面为等边三角形，由三视图可得该正三棱锥的侧棱长为1，故其表面积为311()2.4(2022兰州模拟)玉琮是一种内圆外方的筒型玉器，它与玉璧、玉圭、玉璋、玉璜、玉琥被称为“六器”，是古人用于祭祀神祇的一种礼器周礼中载有“以玉作六器，以礼天地四方，以苍璧礼天，以黄琮礼地”等文如图为齐家文化玉琮，该玉琮中方内空，形状对称，圆筒内径2.0 cm，外径2.4 cm，筒高6.0 cm，方高4.0 cm，则其体积约为(单位：cm3)()A23.043.92 B34.563.92C34.563.12 D23.043.12答案D解析由题图可知，组合体由圆柱、长方体构成，组合体的体积为V2242.42.412623.043.12.5(2022商洛模拟)正多面体被古希腊圣哲认为是构成宇宙的基本元素，加上它们的多种变体，一直是科学、艺术、哲学灵感的源泉之一如图，该几何体是一个棱长为2的正八面体，则此正八面体的体积与表面积之比为()A. B. C. D.答案B解析取BC的中点G，连接EG，BD，取BD的中点O，连接EO，如图，由棱长为2，可得正八面体上半部分的斜高为EG，高为EO，则正八面体的体积为V22，其表面积为S888，此正八面体的体积与表面积之比为.6.如图，在正四棱柱ABCDA1B1C1D1中，AB1，AA1，点E为AB上的动点，则D1ECE的最小值为()A2 B.C.1 D2答案B解析如图，连接AD1，BC1分别延长至F，G，使得ADAF，BCBG，连接EG，FG，四棱柱ABCDA1B1C1D1为正四棱柱，AB平面ADD1A1，AB平面BCC1B1，ABAF，ABBG，又ABADAF，四边形ABGF为正方形，EGCE，D1ECE的最小值为D1G，又D1G，D1ECE的最小值为.7已知圆柱的上、下底面的中心分别为O1，O2，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，则该圆柱的表面积为()A12 B12 C8 D10答案B解析设圆柱的轴截面的边长为x，则由x28，得x2，S圆柱表2S底S侧2()22212.8(2022邯郸模拟)攒尖是我国古代建筑中屋顶的一种结构形式，宋代称为最尖，清代称攒尖，通常有圆形攒尖、三角攒尖、四角攒尖、八角攒尖，也有单檐和重檐之分，多见于亭阁式建筑、园林建筑下面以四角攒尖为例，如图，它的屋顶部分的轮廓可近似看作一个正四棱锥已知此正四棱锥的侧面与底面所成的锐二面角为，这个角接近30，若取30，侧棱长为米，则()A正四棱锥的底面边长为4米B正四棱锥的底面边长为3米C正四棱锥的侧面积为24平方米D正四棱锥的侧面积为12平方米答案C解析如图，在正四棱锥SABCD中，O为正方形ABCD的中心，H为AB的中点，则SHAB，设底面边长为2a.因为SHO30，所以OHAHa，OSa，SHa.在RtSAH中，a2221，解得a3，所以正四棱锥的底面边长为6米，侧面积为S62424(平方米)9.如图是水平放置的正方形ABCO，在平面直角坐标系xOy中，点B的坐标为(2,2)，则由斜二测画法画出的正方形的直观图中，顶点B到x轴的距离为_答案解析利用斜二测画法作正方形ABCO的直观图如图，在坐标系Oxy中，BC1，xCB45.过点B作x轴的垂线，垂足为点D.在RtBDC中，BDBCsin 451.10.在如图所示的斜截圆柱中，已知圆柱的底面直径为40 cm，母线长最短50 cm，最长80 cm，则斜截圆柱的侧面面积S_cm2.答案2 600解析将题图所示的相同的两个几何体对接为圆柱，则圆柱的侧面展开图为矩形由题意得所求侧面展开图的面积S(40)(5080)2 600(cm2)11.(2020江苏)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.答案12解析螺帽的底面正六边形的面积S622sin 606(cm2)，正六棱柱的体积V16212(cm3)，圆柱的体积V20.522(cm3)，所以此六角螺帽毛坯的体积VV1V2cm3.12(2022佛山质检)已知圆锥的顶点为S，底面圆周上的两点A，B满足SBA为等边三角形，且面积为4，又知圆锥轴截面的面积为8，则圆锥的侧面积为_答案8解析设圆锥的母线长为l，由SAB为等边三角形，且面积为4，所以l2sin 4，解得l4；又设圆锥底面半径为r，高为h，则由轴截面的面积为8，得rh8；又r2h216，解得rh2，所以圆锥的侧面积Srl248.13(2021全国乙卷)以图为正视图，在图中选两个分别作为侧视图和俯视图，组成某个三棱锥的三视图，则所选侧视图和俯视图的编号依次为_(写出符合要求的一组答案即可)图图图图图答案(答案不唯一，也可)解析根据“长对正、高平齐、宽相等”及图中数据，可知图只能是侧视图，图只能是俯视图，则组成某个三棱锥的三视图，所选侧视图和俯视图的编号依次是或.若是，则原几何体如图1所示；若是，则原几何体如图2所示图1 图214(2022南京模拟)小张周末准备去探望奶奶，到商店买了一盒点心，为了美观起见，售货员用彩绳对点心盒做了一个捆扎(如图所示)，并在角上配了一个花结彩绳与长方体点心盒均相交于棱的四等分点处设这种捆扎方法所用绳长为l1，一般的十字捆扎(如图所示)所用绳长为l2.若点心盒的长、宽、高之比为221，则的值为_图图答案解析点心盒的长、宽、高之比是221，设点心盒的长、宽、高分别为4a,4a,2a，由题意可得l14a42a12a，l244a42a24a，.15鲁班锁(也称孔明锁、难人木、六子联方)起源于古代中国建筑的榫卯结构如图1，这是一种常见的鲁班锁玩具，图2是该鲁班锁玩具的直观图，每条棱的长均为2，则该鲁班锁的表面积为()图1 图2A8(66) B6(88)C8(66) D6(88)答案A解析由题图可知，该鲁班锁玩具可以看成是一个棱长为22的正方体截去了8个正三棱锥所余下来的几何体，且被截去的正三棱锥的底面边长为2，侧棱长为，则该几何体的表面积为S6828(66)16(2022寿光模拟)沙漏是古代的一种计时装置，它由两个形状完全相同的容器和一个狭窄的连接管道组成，开始时细沙全部在上部容器中，细沙通过连接管道全部流到下部容器所需要的时间称为该沙漏的一个沙时如图，某沙漏由上、下两个圆锥组成，圆锥的底面直径和高均为8 cm，细沙全部在上部时，其高度为圆锥高度的(细管长度忽略不计)，假设该沙漏每秒钟漏0.02 cm3的沙，且细沙全部漏入下部后，恰好堆成一个盖住沙漏底部的圆锥形沙堆，以下结论不正确的是(3.14)()A沙漏中的细沙体积为 cm3B沙漏的体积是128 cm3C细沙全部漏入下部后此锥形沙堆的高度约为2.4 cmD该沙漏的一个沙时大约是1 985秒答案B解析A项，根据圆锥的截面图可知，细沙在上部时，细沙的底面半径与圆锥的底面半径之比等于细沙的高与圆锥的高之比，所以细沙的底面半径r4(cm)，所以体积Vr2(cm3)；B项，沙漏的体积V22h2428(cm3)；C项，设细沙流入下部后的高度为h1，根据细沙体积不变可知，2h1，所以h1，所以h12.4(cm)；D项，因为细沙的体积为 cm3，沙漏每秒钟漏下0.02 cm3的沙，所以一个沙时为501 985(秒)