新版高考数学文二轮复习教师用书：第1部分 重点强化专题 专题4 突破点9　空间几何体表面积或体积的求解 Word版含答案

1 1专题四立体几何建知识网络明内在联系高考点拨立体几何专题是高考中当仁不让的热点之一，常以“两小一大”呈现，小题主要考查三视图和空间几何体的表面积与体积(特别是与球有关的体积)内容，大题常考空间几何体位置关系的证明与空间几何体的体积的计算本专题主要从“空间几何体表面积或体积的求解”、“空间中的平行与垂直关系”两大角度进行典例剖析，引领考生明确考情并提升解题技能突破点9空间几何体表面积或体积的求解核心知识提炼提炼1 求解几何体的表面积或体积(1)对于规则几何体，可直接利用公式计算(2)对于不规则几何体，可采用割补法求解；对于某些三棱锥，有时可采用等体积转换法求解(3)求解旋转体的表面积和体积时，注意圆柱的轴截面是矩形，圆锥的轴截面是等腰三角形，圆台的轴截面是等腰梯形的应用.提炼2 球与几何体的外接与内切(1)正四面体与球：设正四面体的棱长为a ，由正四面体本身的对称性，可知其内切球和外接球的球心相同，则内切球的半径ra，外接球的半径Ra.图91(2)正方体与球：设正方体ABCDA1B1C1D1的棱长为a，O为其对称中心，E，F，H，G分别为AD，BC，B1C1，A1D1的中点，J为HF的中点，如图91所示正方体的内切球：截面图为正方形EFHG的内切圆，故其内切球的半径为OJ；正方体的棱切球：截面图为正方形EFHG的外接圆，故其棱切球的半径为OG；正方体的外接球：截面图为矩形ACC1A1的外接圆，故其外接球的半径为OA1.高考真题回访回访1几何体的表面积或体积1(20xx全国卷)如图92，网格纸上小正方形的边长为1，粗实线画出的是某几何体的三视图，该几何体由一平面将一圆柱截去一部分后所得，则该几何体的体积为()图92A90B63C42 D36B方法1：(割补法)如图所示，由几何体的三视图，可知该几何体是一个圆柱被截去上面虚线部分所得将圆柱补全，并将圆柱体从点A处水平分成上下两部分由图可知，该几何体的体积等于下部分圆柱的体积加上上部分圆柱体积的，所以该几何体的体积V32432663.故选B.方法2：(估值法)由题意，知V圆柱V几何体V圆柱又V圆柱321090，45V几何体90.观察选项可知只有63符合故选B.2.(20xx全国卷)如图93是由圆柱与圆锥组合而成的几何体的三视图，则该几何体的表面积为()图93A20B24C28 D32C由三视图可知圆柱的底面直径为4，母线长(高)为4，所以圆柱的侧面积为22416，底面积为224；圆锥的底面直径为4，高为2，所以圆锥的母线长为4，所以圆锥的侧面积为248.所以该几何体的表面积为S164828.3(20xx全国卷)一个正方体被一个平面截去一部分后，剩余部分的三视图如图94，则截去部分体积与剩余部分体积的比值为()图94A.BC.DD由已知三视图知该几何体是由一个正方体截去了一个“大角”后剩余的部分，如图所示，截去部分是一个三棱锥设正方体的棱长为1，则三棱锥的体积为V1111，剩余部分的体积V213.所以，故选D.回访2球与几何体的外接与内切4(20xx全国卷)已知圆柱的高为1，它的两个底面的圆周在直径为2的同一个球的球面上，则该圆柱的体积为()A B.C. D.B设圆柱的底面半径为r，球的半径为R，且R1，由圆柱两个底面的圆周在同一个球的球面上可知，r，R及圆柱的高的一半构成直角三角形r.圆柱的体积为Vr2h1.故选B.5(20xx全国卷)已知A，B是球O的球面上两点，AOB90，C为该球面上的动点若三棱锥OABC体积的最大值为36，则球O的表面积为()A36 B64 C.144 D256C如图，设球的半径为R，AOB90，SAOBR2.VOABCVCAOB，而AOB面积为定值，当点C到平面AOB的距离最大时，VOABC最大，当C为与球的大圆面AOB垂直的直径的端点时，体积VOABC最大为R2R36，R6，球O的表面积为4R2462144.故选C.6(20xx全国卷)如图95，有一个水平放置的透明无盖的正方体容器，容器高8 cm，将一个球放在容器口，再向容器内注水，当球面恰好接触水面时测得水深为6 cm，如果不计容器厚度，则球的体积为()图95A. cm3 B. cm3C. cm3 D. cm3A如图，作出球的一个截面，则MC862(cm)，BMAB84(cm)设球的半径为R cm，则R2OM2MB2(R2)242，R5，V球53(cm3)热点题型1几何体的表面积或体积题型分析：解决此类题目，准确转化是前提，套用公式是关键，求解时先根据条件确定几何体的形状，再套用公式求解【例1】(1)(20xx黄山二模)一个几何体的三视图如图96所示，则该几何体的体积为() 【导学号：04024087】图96A4B4C4 D.(2)(20xx全国卷)如图97，网格纸上小正方形的边长为1，粗实线画出的是某多面体的三视图，则该多面体的表面积为()图97A1836 B5418C90 D81(1)C(2)B(1)由三视图可知该几何体为四棱锥PABCD，其中PA底面ABCD，底面ABCD为直角梯形，ADBC，AD2，BC4，ADAB，AP2，AB2，该几何体的体积V224.故选C.(2)由三视图可知该几何体是底面为正方形的斜四棱柱，其中有两个侧面为矩形，另两个侧面为平行四边形，则表面积为(333633)25418.故选B.方法指津1求解几何体的表面积及体积的技巧(1)求几何体的表面积及体积问题，可以多角度、多方位地考虑，熟记公式是关键所在求三棱锥的体积，等体积转化是常用的方法，转化原则是其高易求，底面放在已知几何体的某一面上(2)求不规则几何体的体积，常用分割或补形的思想，将不规则几何体转化为规则几何体以易于求解2根据几何体的三视图求其表面积与体积的三个步骤(1)根据给出的三视图判断该几何体的形状(2)由三视图中的大小标示确定该几何体的各个度量(3)套用相应的面积公式与体积公式计算求解变式训练1(1)(20xx平顶山二模)某几何体的三视图如图98所示，则该几何体的体积为()A. B5C5 D.图98(2)(20xx江西七校联考)若某空间几何体的三视图如图99所示，则该几何体的表面积是()图99A48 B48C482 D482(3)(名师押题)如图910，从棱长为6 cm的正方体铁皮箱ABCD A1B1C1D1中分离出来由三个正方形面板组成的几何图形如果用图示中这样一个装置来盛水，那么最多能盛的水的体积为_cm3.图910(1)D(2)A(3)36(1)由三视图知该几何体是由一个长方体，一个三棱锥和一个圆柱组成，故该几何体的体积为V212112122.(2)该几何体是正四棱柱中挖去了一个半球，正四棱柱的底面是正方形(边长为2)，高为5，半球的半径是1，那么该几何体的表面积为S2222451221248，故选A.(3)最多能盛多少水，实际上是求三棱锥C1CD1B1的体积又V三棱锥C1CD1B1V三棱锥CB1C1D1636(cm3)，所以用图示中这样一个装置来盛水，最多能盛36 cm3体积的水热点题型2球与几何体的切、接问题题型分析：与球有关的表面积或体积求解，其核心本质是半径的求解，这也是此类问题求解的主线，考生要时刻谨记先根据几何体的三视图确定其结构特征与数量特征，然后确定其外接球的球心，进而确定球的半径，最后代入公式求值即可；也可利用球的性质球面上任意一点对直径所张的角为直角，然后根据几何体的结构特征构造射影定理求解【例2】(1)(20xx南昌二模)一个几何体的三视图如图911所示，其中正视图是正三角形，则该几何体的外接球的表面积为()图911A.B.C.D.(2)(20xx全国卷)已知三棱锥SABC的所有顶点都在球O的球面上，SC是球O的直径若平面SCA平面SCB，SAAC，SBBC，三棱锥SABC的体积为9，则球O的表面积为_(1)D(2)36(1)由三视图可知，该几何体是如图所示的三棱锥S ABC，其中HS是三棱锥的高，由三视图可知HS2，HAHBHC2，故H为ABC外接圆的圆心，该圆的半径为2.由几何体的对称性可知三棱锥SABC外接球的球心O在直线HS上，连接OB.设球的半径为R，则球心O到ABC外接圆的距离为OH|SHOS|2R|，由球的截面性质可得ROB，解得R，所以所求外接球的表面积为4R24.故选D.(2)如图，连接OA，OB.由SAAC，SBBC，SC为球O的直径，知OASC，OBSC.由平面SCA平面SCB，平面SCA平面SCBSC，OASC，知OA平面SCB.设球O的半径为r，则OAOBr，SC2r，三棱锥SABC的体积VOA，即9，r3，S球表4r236.方法指津解决球与几何体的切、接问题的关键在于确定球的半径与几何体的度量之间的关系，这就需要灵活利用球的截面性质以及组合体的截面特征来确定对于旋转体与球的组合体，主要利用它们的轴截面性质建立相关数据之间的关系；而对于多面体，应抓住多面体的结构特征灵活选择过球心的截面，把多面体的相关数据和球的半径在截面图形中体现出来变式训练2 (1)(20xx江西七校联考)如图912，ABCD是边长为2的正方形，点E，F分别为边BC，CD的中点，将ABE，ECF，FDA分别沿AE，EF，FA折起，使B，C，D三点重合于点P，若四面体PAEF的四个顶点在同一个球面上，则该球的表面积是()图912A6 B12C18 D9(2)已知直三棱柱ABCA1B1C1的6个顶点都在球O 的球面上，若AB3，AC1，BAC60，AA12，则该三棱柱的外接球的体积为()【导学号：04024088】A. B.C. D20(1)C(2)B(1)因为APEEPFAPF90，所以可将四面体补成一个长方体(PA，PE，PF是从同一顶点出发的三条棱)，则四面体和补全的长方体有相同的外接球，设其半径为R，由题意知2R3，故该球的表面积S4R24218，故选C.(2)设A1B1C1的外心为O1，ABC的外心为O2，连接O1O2，O2B，OB，如图所示由题意可得外接球的球心O为O1O2的中点在ABC中，由余弦定理可得BC2AB2AC22ABACcosBAC3212231cos 607，所以BC.由正弦定理可得ABC外接圆的直径2r2O2B，所以r.而球心O到截面ABC的距离dOO2AA11，设直三棱柱ABCA1B1C1的外接球半径为R，由球的截面性质可得R2d2r2122，故R，所以该三棱柱的外接球的体积为VR3.故选B.