圆柱与圆锥

官方数学老师·12 页·入门(第一次接触这个概念)·0 次浏览·3 天前
立体几何体积公式表面积

圆柱与圆锥

发现圆锥体积是圆柱的1/3,从此公式不再死记硬背

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立体几何体积公式表面积

圆柱与圆锥

发现圆锥体积是圆柱的1/3,从此公式不再死记硬背

1第 1 页 · 圆柱与圆锥

通过展开理解立体图形

上一页认识了圆柱和圆锥。但有个问题:它们的「外皮」长什么样?要给圆柱形蛋糕裹奶油,得涂多大面积?答案藏在『展开』里——把立体表面拆开铺平,曲面的问题就变成了平面问题。

什么是展开
把立体图形的表面「剪开」「铺平」,变回平面图形的方法
圆柱的展开图
1 个长方形(侧面)+ 2 个圆(底面),长方形的宽等于圆柱的高
圆锥的展开图
1 个扇形(侧面)+ 1 个圆(底面),扇形半径等于圆锥的母线
展开有什么用
把曲面面积转化成熟悉的平面图形面积,方便求表面积
一张长方形纸卷成圆筒对应 →圆柱侧面的展开图

卷起来是圆柱,沿高剪一刀展平,正好是原来那张长方形纸

2第 2 页 · 通过展开理解立体图形

转化求体积

我们已经会算圆柱体积 V=Sh,可圆锥呢?古人想到一个妙招——不直接求圆锥,而是把它和圆柱放在一起比。

转化思路
不会算圆锥,就借助已会的圆柱来算
等底等高
两者底面积相同、高度相同时,才有确定的比例
三分之一
满足等底等高时,圆锥体积恰好是圆柱的三分之一
圆锥公式
V 锥 = 1/3 Sh,底面积乘高再除以三
圆锥杯和圆柱杯互倒水对应 →圆锥体积是圆柱的1/3

倒满一圆柱杯的水,恰好倒满三个圆锥杯

V=13ShV_{\text{锥}} = \dfrac{1}{3} S h
3第 3 页 · 转化求体积

圆柱的侧面展开图

把饮料罐外面的标签沿一条竖直接缝剪开,再慢慢摊平:弯曲的标签会变成一块长方形。这就是圆柱侧面的展开图。

展开对象
先暂时放下上下两个底面,只看围成柱身的曲面,并沿一条竖直方向剪开。
展开结果
把剪开的曲面完全铺平,会得到一个长方形,展开前后的面积不变。
两边对应
长方形的长等于底面周长 2πr,宽等于圆柱的高 h。
侧面积应用
长×宽得到侧面积 2πrh;卷纸筒、罐身标签等裁料可先这样估算。
卷起的纸标签对应 →圆柱的侧面展开图

标签绕罐身一周的长度,摊平后就是长方形的长;标签的宽就是圆柱的高。

S=2πrhS_{\text{侧}}=2\pi rh
4第 4 页 · 圆柱的侧面展开图

圆柱侧面积

把一卷卫生纸中间的纸筒剪开展平,就是一张长方形纸片。想裁出同样大小的纸筒做手工,得先知道每张纸有多大——这就是「圆柱侧面积」要回答的问题。

侧面积的含义
指圆柱那一圈曲面的大小,不含上、下两个圆底
展开图是长方形
上页结论:侧面剪开摊平,本身就是一张长方形
长方形的两条边
一条边等于圆柱的高,另一条等于底面圆的周长
侧面积公式
周长乘以高,写成字母就是 S侧 = 2πrh
卫生纸筒对应 →圆柱侧面积

纸筒剪开摊平就是侧面积;纸的长 = 底面圆周长,纸的宽 = 筒高

S=2πrhS_{\text{侧}} = 2\pi r h
5第 5 页 · 圆柱侧面积

圆柱表面积

上页我们把侧面展开成长方形,算出了侧面积。但完整的圆柱是封口的,上面和下面各有一个圆面,把它们一起加上,才是「表面积」。

表面积定义
侧面积 + 上下两个底面的总面积
两个底面
上下两个完全相同的圆,各算一次 πr²
常见应用
铁皮水桶、罐头盒、笔筒等用料计算
给罐头刷漆对应 →圆柱表面积

侧面刷一圈+上下两个盖子各刷一面

S=2πrh+2πr2S = 2\pi r h + 2\pi r^2
6第 6 页 · 圆柱表面积

圆柱体积

上页我们把圆柱切拼成长方体,发现体积等于底面积乘高。这页把这个发现写成公式,看圆柱体积到底怎么算。

体积公式
V = Sh,底面积乘高
底面积 S
底面圆的面积,等于 πr²
高 h
两底面之间的垂直距离
推导思路
把圆柱切拼成长方体,体积不变
叠硬币对应 →圆柱体积 = Sh

每枚硬币是一个底面 S,叠的总高度就是高 h,叠起来就是整个圆柱

V=Sh(S=πr2)V = Sh \quad (S = \pi r^2)
7第 7 页 · 圆柱体积

圆锥

生日帽、冰淇淋甜筒、交通锥——都见过吧?它们和圆柱有点像,但顶部不是平的圆,而是慢慢收拢成一点。这种「底圆顶尖」的立体就是圆锥。

定义
直角三角形绕一条直角边旋转一周得到的立体
组成
1个底面(圆)+1个曲面侧面,少了顶面,多了顶点
顶点到底面圆心的垂直距离,圆锥只有1条高
母线
侧面从顶点到底面圆周的线段,所有母线等长
冰淇淋甜筒对应 →圆锥

尖端对应顶点,筒口的圆对应底面,斜卷的蛋筒壁就是圆锥的侧面

8第 8 页 · 圆锥

圆柱

圆柱:定义、要点与典型应用

圆柱
圆柱:定义、要点与典型应用
9第 9 页 · 圆柱

圆锥体积

上节课我们刚学了圆柱体积,现在看圆锥——工厂的煤堆、厨房的漏斗、甜筒冰淇淋都是圆锥形。它的体积怎么算?和圆柱有什么关系?

体积公式
圆锥体积 V = 三分之一 × 底面积 × 高
等底等高关系
与同底同高的圆柱相比,圆锥体积恰好是它的三分之一
实验验证
把圆锥装满水倒进同底等高圆柱,要倒满三次才填满
典型应用
算沙堆、粮堆、漏斗容量,都先求同底等高圆柱再除以三
用漏斗装水倒入圆柱杯对应 →圆锥体积是同底等高圆柱的三分之一

同一只漏斗装满倒3次,水面恰好升到圆柱杯口

V圆锥=13Sh=13πr2hV_{\text{圆锥}} = \frac{1}{3}Sh = \frac{1}{3}\pi r^{2}h
10第 10 页 · 圆锥体积

本节要点

  • 曲面要「展开」,平面才好算面积
  • 圆柱侧面积 = 底面周长 × 高
  • 圆柱表面积 = 侧面积 + 两个底面积
  • 等底等高时,圆柱体积是圆锥的 3 倍
  • 立体问题转化成熟悉的平面图形来解
延伸主题:不规则容器求体积等体积变换问题生活中的圆柱圆锥应用
11第 11 页 · 本节要点

课后思考

先自己认真想一遍,再看参考答案。答案是思考路径,不必唯一。

1为什么等底等高的圆锥体积,恰好是圆柱体积的三分之一?

参考答案思路:拿同底等高的透明容器做倒水实验——把圆锥装满水倒入圆柱,正好倒3次才填满。这说明 3 个圆锥 = 1 个圆柱,所以圆锥体积是圆柱的 1/3。

2假如身边只有一根皮尺,要估算一个圆柱形水桶最多能装多少水,需要量哪些数据?

参考答案用皮尺量出桶底周长(除以 2π 推出半径 r),再量出桶的深度 h,套公式 V = πr²h。注意:单位要统一(厘米换算成米),桶壁厚度要适当扣掉。

3把圆柱和等底等高的圆锥「粘」在一起(圆柱在下、圆锥在上),新立体的体积是原来圆柱体积的多少倍?表面积又该怎么算?

参考答案体积 = πr²h + (1/3)πr²h = (4/3)πr²h,是原来圆柱的 4/3 倍。表面积 = 圆柱侧面 + 圆柱下底 + 圆锥侧面(接合处圆柱上底和圆锥下底互相抵消)。

12第 12 页 · 课后思考