立体几何

高中数学正四棱锥、直圆锥和球的解析体积、表面积与平行截面

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关于此实验

滑动截平面来测量立体。比较截面积、平面下方累积的体积,以及包围该立体的对应棱柱或圆柱。

学习目标

  • 将尺寸与精确的体积和表面积公式联系起来。
  • 探究截面积与累积体积之间的关系。
  • 将圆锥、棱锥和球的体积与各自对应的参考立体进行比较。

使用方法

  1. 1将截面从正四棱锥的底面移动到顶点。
  2. 2比较半高处的面积与底面积。
  3. 3查看半高以下累积的体积;它并非总体积的一半。
  4. 4切换到球,并将其与对应的圆柱进行比较。

模型

棱锥和圆锥的体积分别是相配的棱柱或圆柱体积的三分之一。
球体的高度是其半径的两倍。
截面面积是累积体积的导数。

假设

  • 圆锥为直圆锥,棱锥为底面为正方形的直棱锥。所有长度均使用任意坐标单位。
  • 截面为水平面,且与底面平行。球体的截面高度从最底端的点向上测量。
  • 透明的参考形体是未切割的外接棱柱或圆柱。在点状截面处,面积为零。

在课堂上试试这个实验

  1. Q1为什么圆锥截面的高度减半后,面积会变成底面积的四分之一?
  2. Q2为什么球体的体积是与其相配的圆柱体积的三分之二?

常见问题

面积曲线是数值近似吗?

截面和累积体积读数使用解析公式。绘制的曲线是对这些公式进行采样后生成的。

更改相机会影响测量的表面积吗?

不会。相机移动只会改变透视效果;面积根据实际尺寸计算。