- 空间几何体的结构
- 共7713题
如图,某公司制造一种海上用的“浮球”,它是由两个半球和一个圆柱筒组成.其中圆柱的高为2米,球的半径r为0.5米.
(1)这种“浮球”的体积是多少立方米(结果精确到0.1m3)?
(2)假设该“浮球”的建造费用仅与其表面积有关.已知圆柱形部分每平方米建造费用为20元,半球形部分每平方米建造费用为30元.求该“浮球”的建造费用(结果精确到1元).
正确答案
(1)∵球的半径r为0.5米,
∴两个半球的体积之和为V球=πr3=
π•
=
πm3,
∵圆柱的高为2米,
∴V圆柱=πr2•h=π××2=
πm3,
∴该“浮球”的体积是:V=V球+V圆柱=π≈2.1m3;
(2)圆柱筒的表面积为2πrh=2πm2;两个半球的表面积为4πr2=πm2,
∵圆柱形部分每平方米建造费用为20元,半球形部分每平方米建造费用为30元,
∴该“浮球”的建造费用为2π×20+π×30=70π≈220元.
(Ⅰ)给出两块相同的正三角形纸片(如图1,图2),要求用其中一块剪拼成一个正三棱锥模型,另一块剪拼成一个正三棱柱模型,使它们的全面积都与原三角形的面积相等,请设计一种剪拼方法,分别用虚线标示在图1、图2中,并作简要说明;
(Ⅱ)试比较你剪拼的正三棱锥与正三棱柱的体积的大小;
(Ⅲ)(本小题为附加题,如果解答正确,加4分,但全卷总分不超过150分)
如果给出的是一块任意三角形的纸片(如图3),要求剪拼成一个直三棱柱模型,使它的全面积与给出的三角形的面积相等,请设计一种剪拼方法,用虚线标示在图3中,并作简要说明。
正确答案
解:(Ⅰ)如图1,沿正三角形三边中点连线折起,可拼得一个正三棱锥;
如图2,正三角形三个角上剪出三个相同的四边形,其较长的一组邻边边长为三角形边长的,有一组对角为直角,余下部分按虚线折起,可成为一个缺上底的正三棱柱,而剪出的三个相同的四边形恰好拼成这个正三棱柱的上底。
(Ⅱ)依上面剪拼的方法,有V柱>V锥;
推理如下:设给出正三角形纸片的边长为2,那么,正三棱锥与正三棱柱的底面都是边长为1的正三角形,其面积为,
现在计算它们的高:,
∴,
所以,V柱>V锥。
(Ⅲ)(附加题)
如图3,分别连结三角形的内心与各顶点,得到三条线段,再以这三条线段的中点为顶点作三角形.以新作的三角形为直三棱柱的底面,过新三角形的三个顶点向原三角形三边作垂线,沿六条垂线剪下三个四边形,可以拼接成直三棱柱的上底,余下部分按虚线折起,成为一个缺上底的直三棱柱,即可得到直三棱柱模型。
如图,点P为斜三棱柱的侧棱
上一点,
交于点M,
交于点N。在任意
中有余弦定理:
。拓展到空间,类比三角形的余弦定理,写出斜三棱柱的三个侧面面积与其中两个侧面所成的二面角之间的关系式。
正确答案
解:在斜三棱柱中,有
,
∵CC1平面PMN,
∴上述的二面角为∠MNP,
在△PMN中,
,
由于,
∴有。
在三棱锥A﹣BCD中,E,F,G,H分别是边AB,BC,CD,DA的中点.
(1)求证:四边形EFGH是平行四边形
(2)若AC=BD,求证:四边形EFGH为菱形.
正确答案
证明:(1)∵E,F,G,H分别是边AB,BC,CD,DA的中点.
∴EF∥AC,GH∥AC,EF=AC,GH=
AC
∴EF∥GH,EF=GH
∴四边形EFGH是平行四边形
(2)若AC=BD,则EF=EH,
∵四边形EFGH是平行四边形
∴四边形EFGH为菱形.
将一个直三棱柱分割成三个三棱锥,试将这三个三棱锥分离.
正确答案
如右图直三棱柱ABC-A′B′C′,连接A′B,B'C,CA′.
则截面A′CB与面A′CB′,将直三棱柱分割成三个三棱锥即A′-ABC,A′-BCB′,C-A′B′C′.
已知:在正四棱柱A1B1C1D1-ABCD中,棱AB=2,棱BB1=4,点M是棱DD1中点
(I)求三棱锥C1-ACM的体积V;
(Ⅱ)求点C1到平面ACM的距离.
正确答案
(I)由题意,VC1-ACM=VA-C1CM=S△CMC1•AD=
•
•4•2•2=
;
(II)设点C1到平面ACM的距离为h,则
△ACM中,AC=MA=MC=2,∴S△ACM=
•(2
)2=2
∴=
•2
h
∴h=.
一个用鲜花做成的花柱,它的下面是一个直径为2m、高为4m的圆柱形物体,上面是一个半球形体,如果每平方米大约需要鲜花200朵,那么装饰这个花柱大约需要多少朵鲜花?(π取3.1)
正确答案
圆柱的侧面积等于π×2×4=8π m2≈24.8m2,半球的表面积等于2π×12≈6.2 m2,
故此组合体的表面积为24.8+6.2=31m2.
31×200=6200(朵),
故大约需要6200朵鲜花.
已知一个圆锥的底面半径为R,高为H,在其中有一个高为x的内接圆柱,如图所示。
(1)若设圆柱底面半径为r, 求证:;
(2)当x为何值时,圆柱的侧面积最大?并求出这个最大值。
正确答案
(1)证明:记轴截面为,EFGH为内接矩形,F在SB上,
∴,即
,
∴。
(2)解:,
∴当时,
。
如图,在正三棱柱ABC-A1B1C1中,AB=3,AA1=4,M为AA1的中点,P是BC上一点,且由P沿棱柱侧面经过棱CC1到M的最短路线长为,设这条最短路线与CC1的交点为N,
求:(Ⅰ)该三棱柱的侧面展开图的对角线长;
(Ⅱ)PC和NC的长;
(Ⅲ)平面NMP与平面ABC所成二面角(锐角)的大小(用反三角函数表示)。
正确答案
解:(Ⅰ)正三棱柱的侧面展开图
是一个长为9,宽为4的矩形,
其对角线长为;
(Ⅱ)如图1,将侧面绕棱CC1旋转120°
使其与侧成在同一平面上,
点P运动到点P1的位置,连接MP1,
则MP1就是由点P沿棱柱侧面经过棱CC1到点M的最短路线,
设PC=x,则,
在中,
由勾股定理得,求得x=2,
∴,
,
∴。
图1
(Ⅲ)如图2,连结PP1,
则PP1就是平面NMP与平面ABC的交线,作于H,
又CC1⊥平面ABC,连结CH,
由三垂线定理得,,
∴∠NHC就是平面NMP与平面ABC所成二面角的平面角(锐角),
在中,
,
∴,
在中,
,
故平面NMP与平面ABC所成二面角(锐角)的大小为。
图2
如图所示(单位:cm),四边形ABCD是直角梯形,求图中阴影部分绕AB旋转一周所成几何体的表面积和体积.
正确答案
由题意,知所成几何体的表面积等于圆台下底面积+圆台的侧面积+半球面面积.
又S半球面=×4π×22=8π(cm2),
S圆台侧=π(2+5)=35π(cm2),
S圆台下底=π×52=25π(cm2),
即该几何全的表面积为
8π+35π+25π=68π(cm2).
又V圆台=×(22+2×5+52)×4=52π(cm3),
V半球=×
×23=
(cm3).
所以该几何体的体积为V圆台-V半球=52π-=
(cm3).
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