[旋转体体积怎么算不混淆?阿星图解“轴不动,对面转”秒懂圆柱体积公式]:典型例题精讲
适用年级
五年级
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最近更新
2025-12-20
阿星图解数学:一张纸片转出两个圆柱?揭秘旋转体体积的“隐形公式”
💡 阿星解密:为什么公式长这样?
想象一下,你手里拿着一张长方形的卡片(比如一张便利贴)。现在,你捏住它的一条边,像转烤肠机一样,快速地旋转它。神奇的事情发生了——它“变”成了一个圆柱体!
核心物理场景:旋转的秘密就在于“轴”。你捏住哪条边,哪条边就是旋转轴。旋转轴纹丝不动,而对边则“画”出了一个圆,成为了圆柱的底面。因此:
- 绕长(a)旋转:长(a)成了圆柱的高(h),宽(b)则“画”出底面,成了圆柱的底面半径(r)。
- 绕宽(b)旋转:宽(b)成了圆柱的高(h),长(a)则成了圆柱的底面半径(r)。
所以,绕长转和绕宽转,圆柱的“高”和“底面半径”交换了角色,体积当然不一样!
👀 看图说话:旋转“变身”慢动作
关键点拨:
图中的红色虚线就是旋转轴,它固定不动。旋转时,对边扫过的轨迹形成了圆柱的底面圆。那个“隐形数字”就是圆柱的半径——它永远等于旋转轴对面的那条边的长度!很多同学会记混,但记住这个图:轴定,对面转,转出半径和高。
🔥 三级跳挑战:从陷阱到精通
【母题演示】一个长方形的长是4厘米,宽是2厘米。分别计算它绕长旋转和绕宽旋转形成的圆柱的体积。
阿星的显微镜(画图验证):
我们用最简单的字符画来模拟:
绕长(4cm)旋转:
旋转轴(长=4cm)
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[宽=2cm] → 旋转扫出一个半径为2cm的圆
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旋转轴(长=4cm) → 这个4cm成了圆柱的高
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[宽=2cm] → 继续扫圆
↓
得到一个:半径r=2cm,高h=4cm的圆柱。
绕宽(2cm)旋转:
旋转轴(宽=2cm)
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[长=4cm] → 旋转扫出一个半径为4cm的圆!
|
旋转轴(宽=2cm) → 这个2cm成了圆柱的高
|
[长=4cm] → 继续扫圆
↓
得到一个:半径r=4cm,高h=2cm的圆柱。
标准算式:
绕长转: \( V_1 = \pi r^2 h = \pi \times (2)^2 \times 4 = 16\pi \) (立方厘米)
绕宽转: \( V_2 = \pi r^2 h = \pi \times (4)^2 \times 2 = 32\pi \) (立方厘米)
看,32π 是 16π 的两倍!同一个长方形,旋转轴不同,体积天差地别。
【易错陷阱】一个长方形的长是5厘米,宽是3厘米。它绕宽旋转得到的圆柱体积是多少?很多同学会算成:\( V = \pi \times 3^2 \times 5 = 45\pi \)。
阿星的避雷针:
大多数人会怎么错:把题目里的“绕宽旋转”误认为是“宽做高,长做半径”,但潜意识里又把数字代反了。或者死记“绕谁转谁就是高”,但忘记了半径是“对面那条边”。
图解陷阱:在脑海里画图,旋转轴是宽(3cm),那么它对面的边——长(5cm)——在旋转时画出的圆才是底面!所以底面半径应该是5cm,而不是3cm。
正确思路:代入核心隐喻——“轴定,对面转”。
轴 = 宽 = 3cm → 所以 圆柱的高 h = 3cm。
对面 = 长 = 5cm → 所以 圆柱的半径 r = 5cm。
正确算式:\( V = \pi \times r^2 \times h = \pi \times 5^2 \times 3 = 75\pi \) (立方厘米)。
【高手进阶】工匠师傅要把一块长6分米、宽4分米的长方形铁皮,卷成一个无盖的圆柱形水桶的侧面。有两种卷法:
1. 将6分米边对接成桶的底面圆周。
2. 将4分米边对接成桶的底面圆周。
请问哪种卷法做出的水桶容积更大?(接头处忽略不计)
思维迁移:这其实就是“旋转体”问题的变种!把长方形卷起来,不就相当于它的一条边旋转成了一个圆吗?
卷法1(6分米成圆周):底面周长=6dm → 半径 \( r_1 = 6 \div (2\pi) = 3/\pi \) dm,高 \( h_1 = 4 \) dm。
卷法2(4分米成圆周):底面周长=4dm → 半径 \( r_2 = 4 \div (2\pi) = 2/\pi \) dm,高 \( h_2 = 6 \) dm。
比较容积 \( V = \pi r^2 h \):
\( V_1 = \pi \times (3/\pi)^2 \times 4 = 36/\pi \)
\( V_2 = \pi \times (2/\pi)^2 \times 6 = 24/\pi \)
所以卷法1做出的水桶容积更大。这背后的原理和旋转是一样的:让更长的边去当底面周长(相当于旋转半径),能获得更大的底面积,往往容积更大。
📝 阿星的定海神针(口诀):
旋转体,记心间,轴不动,对面转。
轴边长,就是高,对面长,成半径。
套公式,要看清,πr²h 算分明!
🚀 举一反三:巩固练习
长方形长8cm,宽5cm。它绕长旋转一周后,形成圆柱的体积是多少?
(陷阱题) 题目同上,但问题是“绕宽旋转”。小星列式为:\( V = \pi \times 8^2 \times 5 \)。他错在哪里?请用“轴与对面”的关系图解。
(生活应用) 一张长方形纸,长15.7厘米,宽10厘米。想用它卷成尽可能大的圆柱形笔筒(无盖)。应该让哪条边作为底面圆周?算出这个笔筒的容积大约是多少立方厘米?
📚 答案与解析
【答案速查】
练习一:\( 200\pi \) cm³
练习二:他混淆了“轴”与“对面”。绕宽旋转,宽是轴(作高h=5cm),长是对面(作半径r=8cm)。正确算式应为 \( V = \pi \times 8^2 \times 5 = 320\pi \) cm³。
练习三:应让长边(15.7cm)作为底面圆周。此时半径 r = 15.7 ÷ (2×3.14) = 2.5 cm,高 h = 10 cm。容积 V ≈ 3.14 × 2.5² × 10 = 196.25 cm³。
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