立體幾何

高中數學正四角錐、直圓錐和球的解析體積、表面積與平行截面

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關於此實驗

滑動截平面來測量立體。比較截面積、平面下方累積的體積,以及包圍該立體的對應角柱或圓柱。

學習目標

  • 將尺寸與精確的體積和表面積公式連結起來。
  • 探討截面積與累積體積之間的關係。
  • 將圓錐、角錐和球的體積與各自對應的參考立體進行比較。

使用方法

  1. 1將截面從正四角錐的底面移動到頂點。
  2. 2比較半高處的面積與底面積。
  3. 3查看半高以下累積的體積;它並非總體積的一半。
  4. 4切換到球,並將其與對應的圓柱進行比較。

模型

角錐和圓錐的體積分別是相配的角柱或圓柱體積的三分之一。
球體的高度是其半徑的兩倍。
截面積是累積體積的導數。

假設

  • 圓錐為直圓錐,角錐為底面是正方形的直角錐。所有長度均使用任意座標單位。
  • 截面為水平面,且與底面平行。球體的截面高度從最底端的點向上測量。
  • 透明的參考形體是未切割的外接稜柱或圓柱。在點狀截面處,面積為零。

在課堂上試試這個實驗

  1. Q1為什麼圓錐截面的高度減半後,面積會變成底面積的四分之一?
  2. Q2為什麼球體的體積是與其相配的圓柱體積的三分之二?

常見問題

面積曲線是數值近似嗎?

截面和累積體積讀數使用解析公式。繪製的曲線是對這些公式取樣後產生的。

更改相機會影響測量的表面積嗎?

不會。相機移動只會改變透視效果;面積根據實際尺寸計算。