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學習・解釋・訂正

簡單幾何體的表面積與體積

先理解概念,獨立嘗試,再解釋想法如何改變。

高一必修 第二册(A版).pdf · 8.3 · PDF 121 / 印刷頁 114

先重溫:立體圖形的直觀圖

專題 01

簡單幾何體的表面積與體積

透過定義、對照例子及有理據的應用,掌握簡單幾何體的表面積與體積。

學完之後,你能解釋

  • 以定義、有效空間推理及度量檢查處理簡單幾何體的表面積與體積。
  • 連結不同表示法,說明每步理由,並處理邊界情況。
  • 能解釋解法,並把概念用於改變了的情境。

面積與體積

表面積須數實際邊界面,體積須用垂直高。

相似比例

長度、面積、體積按長度比例的一、二、三次方變化。

預測 → 操作 → 解釋 → 遷移

先留下預測,再探索關係。

課節思考:計算前,預測「簡單幾何體的表面積與體積」的一項定義條件改變後,結論會怎樣改變,並記錄理由。

模型實驗:先預測調整下列參數會改變哪個結果,再以顯示的數值檢查,並與課節問題比較。

長方體示意圖(非按比例):3×4×2;體積=24,表面積=52。

長方體示意圖(非按比例):3×4×2;體積=24,表面積=52。

解釋:比較兩個符合條件的例子及一個邊界或不符合條件的例子,利用所述定義解釋差異。

遷移:自擬新例子及一個容易令人信服的錯誤解法,再指出缺漏條件並修正。

試一試,把思路寫下來。

每次只看一個提示。訂正時記錄想法如何改變,不只抄下答案。

01 / 基礎#示範例題

求棱柱體積。

Sbase=4,h=3S_{\text{base}}=4,\quad h=3
  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
選對表面積或體積公式,保持單位及相似次方一致。
提示 2
使用垂直高,不用斜棱。
完整解答
  1. 選對表面積或體積公式,保持單位及相似次方一致。

  2. 計算或化簡此關係式。

    V=Sh=4⋅3=12V=Sh=4\cdot3=12
  3. 底面積乘垂直高為棱柱體積。

所求值為 12。

檢查與易錯點:底面積乘垂直高為棱柱體積。

先思考,待同學準備好再展開提示。

02 / 鞏固#示範例題

圓錐半徑 r、高 h,體積寫成 cπ,求 c。

r=2,h=3r=2,\quad h=3
  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
選對表面積或體積公式,保持單位及相似次方一致。
提示 2
圓錐體積為相同底高圓柱的三分之一。
完整解答
  1. 選對表面積或體積公式,保持單位及相似次方一致。

  2. 計算或化簡此關係式。

    V=13πr2h=4πV=\frac13\pi r^2h=4\pi
  3. 不可漏去三分之一係數。

所求值為 4。

檢查與易錯點:不可漏去三分之一係數。

先思考,待同學準備好再展開提示。

03 / 遷移#示範例題

相似立體大對小的體積比為 64,求長度比例。

  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
選對表面積或體積公式,保持單位及相似次方一致。
提示 2
取正立方根。
完整解答
  1. 選對表面積或體積公式,保持單位及相似次方一致。

  2. 計算或化簡此關係式。

    λ3=64⇒λ=4\lambda^3=64\Rightarrow\lambda=4
  3. 長度、面積、體積分別按一、二、三次方伸縮。

所求值為 4。

檢查與易錯點:長度、面積、體積分別按一、二、三次方伸縮。

先思考,待同學準備好再展開提示。

04 / 基礎#獨立練習

求棱柱體積。

Sbase=5,h=3S_{\text{base}}=5,\quad h=3
  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
選對表面積或體積公式,保持單位及相似次方一致。
提示 2
使用垂直高,不用斜棱。
完整解答
  1. 選對表面積或體積公式,保持單位及相似次方一致。

  2. 計算或化簡此關係式。

    V=Sh=5⋅3=15V=Sh=5\cdot3=15
  3. 底面積乘垂直高為棱柱體積。

所求值為 15。

檢查與易錯點:底面積乘垂直高為棱柱體積。

先思考,待同學準備好再展開提示。

05 / 基礎#獨立練習

圓錐半徑 r、高 h,體積寫成 cπ,求 c。

r=3,h=3r=3,\quad h=3
  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
選對表面積或體積公式,保持單位及相似次方一致。
提示 2
圓錐體積為相同底高圓柱的三分之一。
完整解答
  1. 選對表面積或體積公式,保持單位及相似次方一致。

  2. 計算或化簡此關係式。

    V=13πr2h=9πV=\frac13\pi r^2h=9\pi
  3. 不可漏去三分之一係數。

所求值為 9。

檢查與易錯點:不可漏去三分之一係數。

先思考,待同學準備好再展開提示。

06 / 基礎#獨立練習

球半徑 r,體積寫成 cπ,求 c。

r=3r=3
  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
選對表面積或體積公式,保持單位及相似次方一致。
提示 2
使用半徑的三次方。
完整解答
  1. 選對表面積或體積公式,保持單位及相似次方一致。

  2. 計算或化簡此關係式。

    V=43πr3=1083πV=\frac43\pi r^3=\frac{108}3\pi
  3. 若已知直徑,須先除二再代入。

所求值為 36。

檢查與易錯點:若已知直徑,須先除二再代入。

先思考,待同學準備好再展開提示。

07 / 基礎#獨立練習

封閉圓柱總表面積為 cπ,求 c。

r=3,h=4r=3,\quad h=4
  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
選對表面積或體積公式,保持單位及相似次方一致。
提示 2
包括上下兩個圓面及側面。
完整解答
  1. 選對表面積或體積公式,保持單位及相似次方一致。

  2. 計算或化簡此關係式。

    S=2πr2+2πrh=42πS=2\pi r^2+2\pi rh=42\pi
  3. 開口圓柱須另計邊界面積。

所求值為 42。

檢查與易錯點:開口圓柱須另計邊界面積。

先思考,待同學準備好再展開提示。

08 / 鞏固#獨立練習

求上下底平行的棱台體積。

S1=9,S2=36,h=3S_1=9,\quad S_2=36,\quad h=3
  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
選對表面積或體積公式,保持單位及相似次方一致。
提示 2
幾何平均項連結兩相似底面。
完整解答
  1. 選對表面積或體積公式,保持單位及相似次方一致。

  2. 計算或化簡此關係式。

    V=h3(S1+S2+S1S2)=63V=\frac h3(S_1+S_2+\sqrt{S_1S_2})=63
  3. 公式假設由平行截棱錐形成棱台。

所求值為 63。

檢查與易錯點:公式假設由平行截棱錐形成棱台。

先思考,待同學準備好再展開提示。

09 / 鞏固#獨立練習

相似立體由小至大的長度比例為 3,求表面積比。

  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
選對表面積或體積公式,保持單位及相似次方一致。
提示 2
面積按二維比例伸縮。
完整解答
  1. 選對表面積或體積公式,保持單位及相似次方一致。

  2. 計算或化簡此關係式。

    Slarge/Ssmall=32=9S_{\text{large}}/S_{\text{small}}=3^2=9
  3. 體積比則為 27。

所求值為 9。

檢查與易錯點:體積比則為 27。

先思考,待同學準備好再展開提示。

10 / 鞏固#獨立練習

一球改成八個相似小球,總體積不變,求新總表面積對原面積之比。

  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
先用體積守恆求長度比例。
提示 2
每個新半徑為原來一半。
完整解答
  1. 先用體積守恆求長度比例。

  2. 計算或化簡此關係式。

    8r3=R3⇒r=R/2;8r2R2=28r^3=R^3\Rightarrow r=R/2;\quad\frac{8r^2}{R^2}=2
  3. 總體積相同不表示總表面積相同。

所求值為 2。

檢查與易錯點:總體積相同不表示總表面積相同。

先思考,待同學準備好再展開提示。

11 / 鞏固#獨立練習

求棱柱體積。

Sbase=6,h=3S_{\text{base}}=6,\quad h=3
  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
選對表面積或體積公式,保持單位及相似次方一致。
提示 2
使用垂直高,不用斜棱。
完整解答
  1. 選對表面積或體積公式,保持單位及相似次方一致。

  2. 計算或化簡此關係式。

    V=Sh=6⋅3=18V=Sh=6\cdot3=18
  3. 底面積乘垂直高為棱柱體積。

所求值為 18。

檢查與易錯點:底面積乘垂直高為棱柱體積。

先思考,待同學準備好再展開提示。

12 / 遷移#獨立練習

圓錐半徑 r、高 h,體積寫成 cπ,求 c。

r=4,h=3r=4,\quad h=3
  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
選對表面積或體積公式,保持單位及相似次方一致。
提示 2
圓錐體積為相同底高圓柱的三分之一。
完整解答
  1. 選對表面積或體積公式,保持單位及相似次方一致。

  2. 計算或化簡此關係式。

    V=13πr2h=16πV=\frac13\pi r^2h=16\pi
  3. 不可漏去三分之一係數。

所求值為 16。

檢查與易錯點:不可漏去三分之一係數。

先思考,待同學準備好再展開提示。

13 / 遷移#獨立練習

球半徑 r,體積寫成 cπ,求 c。

r=4r=4
  • 依題目所列定義域、單位與抽樣假設作答。
考點與先備課節

計算過程與解釋

逐步建立思路

提示 1
選對表面積或體積公式,保持單位及相似次方一致。
提示 2
使用半徑的三次方。
完整解答
  1. 選對表面積或體積公式,保持單位及相似次方一致。

  2. 計算或化簡此關係式。

    V=43πr3=2563πV=\frac43\pi r^3=\frac{256}3\pi
  3. 若已知直徑,須先除二再代入。

所求值為 85.33333333。

檢查與易錯點:若已知直徑,須先除二再代入。

先思考,待同學準備好再展開提示。

專注一道題目

課末檢核與訂正

回看最近核對的答案及解釋;改動草稿後須重新核對。書面推理需要自評或教師評核。

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    教師備課與評核

    提問順序

    • 使用「簡單幾何體的表面積與體積」的主要法則前,須滿足甚麼條件?
    • 哪一種表示法能使此題較易處理?為甚麼?
    • 改變一項假設後,原結論還成立嗎?

    板書重點

    • 以定義、有效空間推理及度量檢查處理簡單幾何體的表面積與體積。
    • 面積與體積:表面積須數實際邊界面,體積須用垂直高。
    • 相似比例:長度、面積、體積按長度比例的一、二、三次方變化。
    • 總結:條件 → 表示 → 推理 → 檢驗。

    預期想法

    • 預期理由:表面積須數實際邊界面,體積須用垂直高。
    • 預期理由:長度、面積、體積按長度比例的一、二、三次方變化。
    • 預期修正:圓錐或棱錐須乘三分之一。

    評核清單

    • 1:辨識已知條件及所求。
    • 1:選取合適定義、表示或方法。
    • 1:推理連貫且正確。
    • 1:檢驗條件並解釋結果。

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