圓錐表面積公式 圓柱和圓錐的表面積有何關係?

2021-02-19 每日心語勵志

學生發現和提出問題絕不僅僅是學習的開始,它應該貫穿於學習的全過程,學生在解決問題的基礎上,會不斷產生新問題,這一問題又成為新的思考的開始,我們的作用就體現在不斷激發他們深度參與與持續思考,從而促使學生不斷去研究。

這學期我們在學習了圓柱與圓錐的體積後,我就思考著:圓柱與圓錐在等底等高的前提下它們的表面積到底有何關係呢?這個問題光靠觀察是遠遠不夠的,於是我查閱了相關資料,了解了一些推導公式,進行了兩次深入分析,從而發現了圓柱和圓錐的表面積之間的一些微妙關係。由於表面積是由底面積與側面積組成,故解決了以下幾個問題,它們之間的關係就迎刃而解了(默認圓柱和圓錐等底等高)!

                

so easy!圓柱兩個底,圓錐一個底,故它們是2倍(½)關係。

這部分較為複雜,也是最關鍵的部分,分成如下幾步:

1、觀察:圓柱體側面沿高展開為長方形;圓錐體側面沿母線展開為扇形。

2、求側面積:

*圓柱體側面積:S=2πrh   (r為底面半徑,h為圓柱高)

*圓錐體側面積:由於圓錐體側面展開是個扇形,故扇形面積公式中的R為扇形半徑,非底面半徑。但是我發現這個公式中有n,而圓柱體表面積公式中沒有n,,沒法比較,無法作答,於是我就想到了另外一個扇形公式,S=½RL(L為扇形弧長,R為扇形半徑),此公式推理如下:

     雖然圓錐側面積就等於扇形面積,但是公式中字母代表的的含義有所不同,在這裡我們學到了一個新名詞——「母線」,它是圓錐頂點到底面周長上任意一點的距離,由於扇形弧長L是圓錐的底面周長,故圓錐體側面(為區分扇形弧長L,此處L'為圓錐母線,實際上R=L')

看到這裡,是不是感覺字母有點暈?扇形半徑R在圓錐體裡稱作為母線,即L』,它又容易跟扇形弧長L相混淆。

通過理解母線的定義,我得出一個很重要的信息:圓柱的母線=圓柱的高,即h。

由於h與L'都為母線,故誤認為它們相等,所以暫時得出結論,圓柱表面積=2倍圓錐表面積。

待續……

老師看到我的結論後,沒有直接判對錯與否,而是鼓勵我再進行驗證結論是否嚴謹,不出所料,驗算結果果然是錯誤的,它們之間不是2倍的關係!那麼問題來了,到底哪裡弄錯了呢?是推導公式錯了還是代入字母錯了?最後我找到了錯誤根源,就是母線!    

回顧一下:求證扇形面積S=½RL沒有錯,圓錐體表面積S=πr²+πrL』 沒錯,但是在與圓柱體表面積對比時,由於對母線的認識混淆,出錯了!仔細看兩個表面積公式:

很明顯L'≠h,圓錐的母線比圓柱的母線長,即L』>h,進一步論證就是一個直角三角形的斜邊必然大於直角邊。

非常慚愧,經過思考,以我目前的理解無法證明它們之間有固定的倍數關係。再深入想想,終於得出一個區間值。

由公式比值得出結論,L'位於分母,且大於位於分子的h,故比值一定小於2,所以它們之間的倍數關係是:圓柱表面積是圓錐表面積的1-2倍。兩個圖形的母線數值越接近,表面積相差越大,越接近2倍。從而推導出等底等高的圓柱圓錐體,越扁平,它們之間的表面積差越小,反之越高挑,表面積差越大。

隨著思考不斷的深入,它們之間的關係越來越清晰,越來越緊密,我相信通過知識的逐漸累積,終將探索出它們之間更深層次的奧秘。

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