立体几何复习: 1、空间几何体的结构及其三视图和直观图 2、空间几何体的表面积和体积
【知识梳理】 1、构成空间几何体的基本元素 点、线、面是构成几何体的基本元素,线有直线(段)和曲线(段)之分,面有平面(部分)和曲面(部分)之分.在立体几何中,平面是无限延展的.通常画一个平行四边形表示一个平面,用希腊字母、、、命名,也可用表示它的平行四边形的对角顶点的字母来命名,如平面ABCD或平面AC等. 2、棱柱、棱锥、棱台的结构特征 (1)多面体是由若干个平面多边形所围成的几何体,多边形叫做多面体的面;相邻两面公共边叫做多面体的棱,棱与棱的公共点叫做多面体的顶点.不共面两顶点的连线叫做多面体的对角线; (2)棱柱:两个面(底面)互相平行,其余每两个相邻面(侧面)的交线(侧棱)平行. 分类: (3)棱锥:有一个面(底面)是多边形,其余各面(侧面)都是有一个公共点(顶点)的三角形. 分类:底面多边形:三棱锥、四棱锥、五棱锥…… 特别地,正棱锥指底面为正多边形,水平放置时,顶点在底面投影为底面多边形的中心; (4)棱台:底面水平放置的棱锥被平行于底面的平面所截,截面(上底面)与圆锥底面(下底面)之间的部分. 正棱台:正棱锥截得的棱台. 3、圆柱、圆锥、圆台、球
球:空间中到一个定点距离等于定长的点的集合. 大圆:球面被经过球心的平面截得的圆. 小圆:球面被不经过球心的平面截得的圆. 球面距离:经过两点的大圆在这两点间的一段劣弧的长度. 4、平行投影与直观图 平行投影:(如图),图形F,直线L与a相连,过F上任一点M作直线平行FF'交平面于点,则称为M在内的关于直线L的平行投影.
平行投影性质:(1)直线或线段的平行投影仍是直线或线段; (2)平行直线的平行投影是平行或重合的直线; (3)平行于投射面的线段,它的投影与这条线段平行且等长; (4)平行于投射面的平面图形,它的投影与这个图形全等; (5)在同一直线或平行直线上,两条线段平行投影的比等于这两条线段的比. 直观图:用来表示空间图形的平面图形(斜二测画法). 5、三视图 (1)正投影:平行投影中,投射线与投射面垂直. 性质:①垂直于投射面的直线或线段的正投影是点. ②垂直于投射面的平面图形的正投影是直线或直线的一部分. (2)三视图 6、圆柱、圆锥、圆台的侧面积分别是它们侧面展开图的面积,因此弄清侧面展开图的形状及侧面展开图中各线段与原旋转体的关系,是掌握它们的侧面积公式及解有关问题的关键. 7、圆柱、圆锥、圆台的表面积公式 见下表,其中S表示面积,分别表示上、下底面周长,h表示高,r’和r分别表示上、下底面的半径,l表示母线长。
8、棱柱或棱台的表面积等于侧面积与两个底面积的和,棱锥的表面积是侧面积与一个底面积的面积的和. 棱柱、棱锥和棱台的面积公式: 见下表,其中S表示面积,c’、c分别表示上、下底面周长,h表示高度,h’表示斜高,l表示侧棱长。
9、棱柱、棱锥、棱台的体积公式
其中,、是底面积,h是高。 10、圆柱、圆锥、圆台的体积公式
其中,、r’是底面半径,h是高。 熟练掌握柱、锥、台体积公式及其内在联系是达到准确计算的关键。 半径为R的球的表面积,体积.
【典型例题】 例1. 下面是关于四棱柱的四个命题: ①若有两个侧面垂直于底面,则该四棱柱为直四棱柱; ②若过两个相对侧棱的截面都垂直于底面,则该四棱柱为直四棱柱; ③若四个侧面两两全等,则该四棱柱为直四棱柱; ④若四棱柱的四条对角线两两相等,则该四棱柱为直四棱柱。 其中,真命题的编号是___________。(写出所有真命题的编号) 点拨:根据学过的几何体结构特征,亦可用反例法否定命题。
解析:对于①,平行六面体的两个相对侧面也可能与底面垂直且相互平行,故①假;对于②,两截面的交线平行于侧棱,且垂直于底面,故②真;对于③,作正四棱柱的两个平行菱形截面,可得满足条件的斜四棱柱(如图),故③假;对于④,四棱柱一个对角面的两条对角线,恰为四棱柱的对角线,故对角面为矩形,于是侧棱垂直于底面的一对角线,同样侧棱也垂直于底面的另一对角线,故侧棱垂直于底面,故④真。(如图) 答案:②④
例2. 如图,正四棱台的高是17cm,两底面边长分别为4cm和16cm,求棱台的侧棱长和斜高。
点拨:找到已知条件和正棱台的特征——直角梯形,转化为平面几何知识求解。 解析:设棱台两底面的中心分别为O’和O,B’C’,BC的中点分别为E’,E,连结, 则均为直角梯形。 在正方形ABCD中,, 在正方形中,, 则, 在直角梯形中, ; 在直角梯形中,
这个棱台的侧棱长为19cm,斜高为。 点评:正棱台两底面中心连线,相应的边心距和斜高组成一个直角梯形,两底面中心边线,侧棱与两底面相应半径组成一个直角梯形,对于棱柱相应为矩形,棱锥相应直角三角形.圆台两底面中心连线,相应底面半径、母线组成直角梯形,圆柱相应为矩形,圆锥相应为直角三角形,这些特征图形在解题中经常用到,要能够迅速、准确地画出.
例3. 设地球半径为R,在北纬45°圈上有两点A、B,点A在西经40°,点B在东经50°,求A、B两点间纬线圈的长度及A、B两点的球面距离。 点拨:涉及到球的问题,多数为求解球面距离,解此题须画出准确的图示,找到几何要素间的关系。 解析:如图,设45°纬线圈中心为,地球中心为O,则∠,
垂直于圆所在平面, 。 又在北纬45°圈上, , , 在中,, 为等边三角形, ,在45°纬线圈上, , A,B两点球面距离为。
例4. 画出几何体的三视图
点拨:按照三视图画法要求,按顺序画即可。 解析:
例5. 已知一个正三棱台的两底面边长分别为30cm和20cm,且其侧面积等于两底面面积之和,求棱台的高。 点拨:求棱台的侧面积要注意利用公式及正棱台中的特征——直角梯形,转化为平面问题来求解所需几何元素。 解析:如图所示,正三棱台中为两底面中心,为BC和中点,则为棱台的斜高。
设,则 , 由得
棱台的高为。
例6. 在球心同侧有相距9cm的两个平行截面,它们的面积分别为,求球的表面积。 点拨:要求出球的表面积,求出半径即可,利用题中所给截面,结合图形和直角三角形中相关关系求出即可。 解析:如图,作出球的轴截面,由截面性质知
为两截面圆的圆心,且,设球的半径为R
在中, ① 在中, ② 联立①②可得, , 故球的表面积为。
例7. 已知六棱锥,其中底面为正六边形,点P在底面投影为正六边形中心,底面边长为2cm,侧棱长为3cm,求六棱锥的体积。
点拨:由已知条件可以判断六棱锥为正六棱锥,要求其体积,求出高即可。 解析:如图,O为正六边形中心,则PO为六棱锥的高,G为CD中点,则PG为六棱锥的斜高,由已知得:,则
即六棱锥。
例8. 一种空心钢球的质量为142g,外径5.0cm,求它的内径。(钢的密度为) 点拨:空心钢球的质量可看作一大一小两球的质量之差,进而转化为它们的体积之差,再作求解。 解析:设空心钢球内径为2x cm,那么钢球的质量为
空心钢球的内径约为。
【模拟试题】 1. A、B为球面上相异的两点,通过A、B两点可作的大圆个数为( ) A. 只能作一个 B. 可以作无数个 C. 一个没有 D. 一个或无数个 2. 两条不相交直线在一平面内的平行投影为( ) A. 两条相交直线 B. 两条平行直线 C. 一直线和一点 D. 以上都有可能 3. 边长为12的正三角形的直观图的面积为( ) A. B. C. D. 4. 侧棱长为1的正四棱锥,若底面周长为4,则这个棱锥的侧面积为( ) A. 5 B. C. D. 5. 轴截面为正方形的圆柱侧面积为S,那么圆柱的体积为( ) A. B. C. D. 6. 体积为的圆台,一个底面面积是另一个底面面积的9倍,那么截得这个圆台的圆锥的体积为( ) A. B. C. D. 7. 若一个球的大圆面积扩大为原来的2倍,则它的体积扩大为原来的( ) A. 8倍 B. 4倍 C. 倍 D. 2倍 8. 用小正方体搭成一个几何体,下图为它的主视图和左视图,搭成这个几何体的小正方体的个数最多为_________个。
9. 用一个平面去截球面,截得小圆面积是其大圆面积的,则球心到截面的距离为_________。 10. 已知正四棱锥底面正方形的边长为4cm,高与斜高的夹角为30°,则斜高为________,侧面积________,全面积________。 11. 一个圆锥的侧面积是其底面积的2倍,则该圆锥的母线与底面所成角为________。 12. 图中是截去一角的长方体,画出它的三视图。
13. 用两平行平面去截半径为R的球面,两个截面半径,两截面间的距离,求球面的表面积。 14. 顶点为P的圆锥容器倒立,它的轴截面为正三角形,在这个容器中注入水,并且放入一个半径为r的球,这时水面恰与球面相切,问将球从水中取出后,圆锥内水平面多高?
【试题答案】 1、D 2、D 3、A 4、B 5、A 6、A 7、C 8、7 9、 10、4cm,32cm2,,48cm2 11、60° 12、
13、解析:当两截面位于球心同侧时,球的轴截面如图,分别为两截面圆的圆心。
则, 由已知可得:
在 ① 在 ② 由①②可得,又因为, 故两截面应位于球心两侧 此时再作截面如图示,为两截面圆的圆心。
则,由已知得
设,则, 在中, ③ 在中, ④ 由③④得,球的表面积为。 14、
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