长方体和正方体

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
立体图形几何入门面棱顶点生活实例

长方体和正方体

从身边的盒子入手,看懂面、棱、顶点,公式再也不死记

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立体图形几何入门面棱顶点生活实例

长方体和正方体

从身边的盒子入手,看懂面、棱、顶点,公式再也不死记

1第 1 页 · 长方体和正方体

对立体图形特征的观察与分

拿出你的文具盒、魔方或快递纸箱——这些都是立体图形。它们都有'面'、'棱'和'顶点'三个特征,今天就学会观察和分类。

立体图形平平的部分,长方体和正方体都有6个面。
两个面相交的线,长方体和正方体都有12条棱。
顶点
三条棱相交的点,长方体和正方体都有8个顶点。
分类
长方体的面有大有小;正方体6个面全相同。
快递纸盒对应 →长方体的三个特征

纸板平面=面,折痕=棱,折角处=顶点

2第 2 页 · 对立体图形特征的观察与分

将立体图形展开与还原

上一页我们认识了长方体和正方体的特征。现在做个思想实验:把一个纸盒沿棱剪开、铺平,会变成什么?反过来,一张平面图能折回原来的立体吗?这就是「展开与还原」要研究的事。

展开
沿立体图形的棱剪开,铺平后得到平面图形,叫展开图
还原
沿展开图的折痕折回,把平面图形重新围成立体图形
展开图的组成
展开图里包含立体图形所有的面,长方体6个面,正方体6个面
形状不唯一
同一个立体图形,可以有多种不同的展开图(正方体有11种)
纸盒拆开再折回对应 →立体图形的展开与还原

剪开纸盒铺平看清每个面=展开;沿折痕折回盒子=还原

3第 3 页 · 将立体图形展开与还原

长方体的长宽高

上节课我们把长方体展开又还原,展开图里能看到 12 条棱。今天聚焦最关键的三个数:长、宽、高。它们指的到底是哪几条边?为什么一个长方体必须用三个数才能说清楚?

都是棱的长度
长、宽、高描述的是长方体棱在三个方向上的长度,不是面积也不是体积
三个方向两两垂直
长和宽在底面交叉成直角,高垂直竖起;任意两个方向都互相垂直
同方向棱长度相等
同一方向的 4 条棱长度一样,所以 12 条棱只用 3 个数就能确定
一个房间对应 →长方体的长宽高

长=前后距离,宽=左右距离,高=上下距离;三个数合起来才确定房间大小

4第 4 页 · 长方体的长宽高

长方体

你拆过快递纸箱吗?六个面、十二条边、八个角——把它立起来放在桌上,这就是一个标准的'长方体'。上一节我们认识了它的长宽高,今天来完整地认识它。

定义
由6个长方形围成的立体图形(特殊情况有2个相对面是正方形)
6个面
每个面都是长方形,相对的两个面大小形状完全相同
12条棱
可分3组,每组4条棱长度相等,且互相平行
8个顶点
三条棱相交的点,对应长方体的长、宽、高
快递纸箱对应 →长方体

纸箱的6个面、12条封箱边、8个角,正好对应长方体的6个面、12条棱、8个顶点

5第 5 页 · 长方体

表面积

上一页我们学会了把长方体展开成6个长方形。现在反过来想:如果把它们重新合起来,这6个面加起来有多大?这个'大小'就是表面积。

表面积的定义
长方体或正方体6个面的总面积,叫做它的表面积
计算的关键
相对的两个面完全相同,只算3种不同的面,再各乘2
典型应用
包礼物用多少纸、给鱼缸刷漆用多少漆,都靠它
包一个礼物盒对应 →求长方体的表面积

包盒子用掉的纸面积,正好等于盒子6个面的总面积

S长方体=2(ab+ah+bh),S正方体=6a2S_{长方体}=2(ab+ah+bh),\quad S_{正方体}=6a^2
6第 6 页 · 表面积

正方体

上一页我们认识了长方体——它的6个面通常是长方形(也可能有两个面是正方形)。如果一个盒子每个面都长得一模一样、每条棱都一样长呢?这就是正方体。

定义
有6个面,每个面都是完全相同的正方形
棱的特征
12条棱的长度都相等
与长方体的关系
正方体是特殊的长方体(长=宽=高)
生活中的正方体
骰子、魔方、方糖、积木块
正方形与长方形对应 →正方体与长方体

正方形是「长=宽」的长方形;正方体是「长=宽=高」的长方体——都是更特殊的版本

7第 7 页 · 正方体

体积

拿两个外观不同的盒子,先问哪一个能装下更多东西?上一课认识了表面积,现在继续追问:盒子所占的空间有多大?

体积
物体所占空间的大小,表示立体图形占据的空间。
单位是立方
边长1厘米的正方体占1立方厘米,记作1厘米³;大物体可用立方米。
计算公式
长方体是长×宽×高;正方体是棱长×棱长×棱长。
生活应用
比较物体占空间的大小,判断箱子能装下多少。
往盒子里装水对应 →体积

盒内能装多少水,形象地表示它所占空间的大小。

V长方体=a×b×h,V正方体=a3V_{\text{长方体}}=a\times b\times h,\quad V_{\text{正方体}}=a^3
8第 8 页 · 体积

长方体体积公式

上页我们知道了体积——物体占据空间的大小。一个长方体纸盒到底能装多少东西?咱们不直接抛公式,从最笨的方法开始——一格一格数。

体积公式
长方体体积 = 长 × 宽 × 高
怎么想出来的
底面每排几个 × 几排 = 一层个数,再乘层数
单位跟着变
单位也相乘:厘米 × 厘米 × 厘米 = 立方厘米
正方体是特例
棱长全相等,体积 = 棱长 × 棱长 × 棱长
数魔方里的小方块对应 →长方体体积公式

每行3个、共3行3层,一共3×3×3 = 27个

V=××V = 长 \times 宽 \times 高
9第 9 页 · 长方体体积公式

正方体体积公式

上页我们学了长方体体积 = 长 × 宽 × 高。正方体是特殊的长方体——它的长、宽、高都相等。如果你能拿到一个棱长 3 厘米的正方体木块,里面能装多少个 1 立方厘米的小方块?

公式
正方体体积 = 棱长 × 棱长 × 棱长,记作 V = a × a × a = a³
a³ 的含义
a³ 表示 3 个 a 相乘,不是 3 × a,而是 a × a × a
为什么能用 a³
正方体的长、宽、高都等于棱长 a,所以三个 a 就是它的长、宽、高
典型应用
已知棱长求体积,例如棱长 5 cm,V = 5³ = 125 立方厘米
魔方由小方块拼成对应 →正方体体积公式 a × a × a

每行 a 个、每列 a 个、摞 a 层,总数就是 a × a × a

V=aaa=a3V = a \cdot a \cdot a = a^3
10第 10 页 · 正方体体积公式

本节要点

  • 「正方体是特殊的长方体」——记住这层关系,整章都通了
  • 表面积算「外面的皮」带平方,体积算「里面的水」带立方,别混
  • 长方体V=长×宽×高;正方体V=棱长³,长宽高三者合一就是立方
  • 看不清的面就展开成平面图——这是理解表面积的钥匙
延伸主题:圆柱和圆锥的体积容积与体积的区别排水法求不规则物体体积
11第 11 页 · 本节要点

课后思考

先自己想一想,再点开参考答案对思路——问题没有标准答案,思考过程比结论更重要。

1正方体和长方体到底是什么关系?你能用一句话说清楚吗?

参考答案从「长宽高」切入:正方体是长、宽、高都相等的长方体,所以正方体是长方体的一种特殊情况。判断两个图形的关系,关键是看「定义能不能套得上」。

2如果要给你的铅笔盒做一个布套(只包外面),你需要量出哪些数据?怎么算用布多少?

参考答案布套只包外面,归到「表面积」问题。需要长、宽、高三个尺寸,六个面的面积相加。但实际还要考虑缝边余量、面料损耗等,不能直接照搬公式。

3把一块正方体橡皮泥重新捏成长方体,它的体积变了吗?为什么?

参考答案体积没变。这背后是「体积守恒」:只要东西没增减、没压出空气,形状怎么变体积都不变。公式「底面积×高」里,只要高不变,底面变了体积照样不变。

12第 12 页 · 课后思考