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旋转体“小白”逆袭宝典:抓住“动成体”,算遍圆柱圆锥不再晕!:典型例题精讲

适用年级

六年级

难度等级

⭐⭐⭐

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最近更新

2025-12-20

旋转体零基础通关指南:从“面”到“体”,一“转”就通!

💡 阿星起步:旋转体的底层逻辑

想象一下,你手里拿着一张长方形纸片。现在,捏着它的一条边,像甩拉面一样,让它飞快地转起来。你看到了什么?是不是一个圆滚滚的圆柱出现了?

这就是“旋转体”最神奇的地方:一个平平无奇的平面图形,只要绕着一条边(我们叫它“旋转轴”)快速旋转,就能“变”出一个实实在在的立体图形。 所以我们的核心口诀就是:面动成体

  • 长方形绕着它的一条旋转 → 变成 圆柱
  • 直角三角形绕着它的一条直角边旋转 → 变成 圆锥
  • 半圆形绕着它的直径旋转 → 变成

我们为什么要学这个?因为生活里到处都是“旋转体”!易拉罐(圆柱)、蛋筒冰淇淋(圆锥)、篮球(球)……学会算它们的体积,你就知道一瓶水能装多少、一个冰淇淋有多大,超级实用!它的本质就是:一条线(图形的边)绕着另一条线(轴)转圈,扫过的空间,就是我们要的体积。

🔥 三级跳挑战:从入门到大神

【入门例题】一个长方形的长是 \( 5 \, \text{cm} \),宽是 \( 3 \, \text{cm} \)。如果以它的宽为旋转轴,旋转一周,会得到一个什么立体图形?并计算出它的体积。

🌱

阿星拆解:

第一步:看图说话,确定“谁动谁静”。

题目说“以宽为旋转轴”。想象这个长方形“站”起来了,宽(\( 3 \, \text{cm} \))贴着地面不动,作为中心轴。长(\( 5 \, \text{cm} \))就开始绕着这根轴转圈。

第二步:匹配原型,它变成了谁?

“长方形绕一条边旋转” → 完美匹配我们的核心隐喻!所以,它生成的是一个圆柱体

第三步:找圆柱的“身高”和“肚皮半径”。

  • 圆柱的高 (h):就是作为轴的那条边 —— 。所以 \( h = 3 \, \text{cm} \)。
  • 圆柱的底面半径 (r):就是绕着轴转圈的那条边 —— 。转出来的圆,半径就是长的长度。所以 \( r = 5 \, \text{cm} \)。

第四步:代入公式,稳稳计算。
圆柱体积公式:\( V_{\text{柱}} = \pi r^{2} h \)
代入:\( V = \pi \times (5)^2 \times 3 = \pi \times 25 \times 3 = 75\pi \, (\text{cm}^3) \)。

所以,答案是得到一个圆柱,体积是 \( 75\pi \, \text{cm}^3 \)。

【进阶例题】一个直角三角形纸片,两条直角边分别长 \( 6 \, \text{dm} \) 和 \( 8 \, \text{dm} \)。以长为 \( 6 \, \text{dm} \) 的直角边为轴旋转一周,形成一个圆锥。已知这个圆锥的体积是 \( 96\pi \, \text{cm}^3 \),请问这个数据正确吗?如果不正确,正确的体积是多少?

⚠️

阿星敲黑板:

陷阱就在眼前! 题目给出的直角边单位是 分米(dm),而最后对比的体积单位是 立方厘米(cm³)。单位不统一,绝对不能直接算!这是最常见的坑。

化解大法:先统一单位再计算。 我们通常把大单位化小单位,这里把分米化成厘米。

第一步:统一单位。
\( 1 \, \text{dm} = 10 \, \text{cm} \)
所以,两条直角边:
作为轴的直角边:\( 6 \, \text{dm} = 60 \, \text{cm} \) (这将是圆锥的高 h)
另一条直角边:\( 8 \, \text{dm} = 80 \, \text{cm} \) (这将是圆锥的底面半径 r)

第二步:匹配原型,代入公式。
“直角三角形绕一条直角边旋转” → 生成 圆锥
圆锥体积公式:\( V_{\text{锥}} = \frac{1}{3} \pi r^{2} h \)
代入:\( V = \frac{1}{3} \times \pi \times (80)^2 \times 60 = \frac{1}{3} \times \pi \times 6400 \times 60 \)
先算 \( 6400 \times 60 = 384000 \),再除以 3 得 \( 128000 \)。
所以 \( V = 128000\pi \, (\text{cm}^3) \)。

第三步:对比判断。
正确体积是 \( 128000\pi \, \text{cm}^3 \),题目给的 \( 96\pi \, \text{cm}^3 \) 差得太远了,所以不正确

小思考: 如果忘了换算单位,用分米直接算会得到 \( V = \frac{1}{3} \times \pi \times (8)^2 \times 6 = 128\pi \, (\text{dm}^3) \)。\( 1 \, \text{dm}^3 = 1000 \, \text{cm}^3 \),所以 \( 128\pi \, \text{dm}^3 = 128000\pi \, \text{cm}^3 \)。看,单位换算前后结果数值差1000倍!所以单位是生命线!

【拔高例题】如图,一个直角三角形的三条边分别为 \( AB=3\,\text{cm} \), \( BC=4\,\text{cm} \), \( AC=5\,\text{cm} \)(斜边)。如果以斜边 \( AC \) 为轴,将这个三角形旋转一周,得到的立体图形的体积是多少?

🚀

思维迁移:

这道题给我们的图形还是直角三角形,但旋转轴变了!以前是绕直角边转,现在绕斜边转。这还能用“动成体”理解吗?

当然可以! 我们只是把“一个图形转出一个体”,变成了两个图形各转出一个体,再拼起来

第一步:图形分解。
以斜边 \( AC \) 为轴,我们可以从 \( B \) 点向 \( AC \) 作垂线 \( BD \)(它就是直角三角形斜边上的高)。这样就把大三角形分成了两个小直角三角形:\( \triangle ADB \) 和 \( \triangle CDB \)。

第二步:分别“动成体”。

  • 小三角形 \( \triangle ADB \) 绕公共轴 \( AC \) 旋转 → 生成一个圆锥(底面圆心是 \( D \),半径是 \( BD \),高是 \( AD \))。
  • 小三角形 \( \triangle CDB \) 绕公共轴 \( AC \) 旋转 → 也生成一个圆锥(底面圆心也是 \( D \),半径同样是 \( BD \),高是 \( DC \))。

看!虽然轴在图形内部,但拆分后,每一个小部分依然是 直角三角形绕一条直角边(现在是高 \( BD \))旋转 的原型!

第三步:关键数据计算。
我们需要两个圆锥的公共底面半径 \( BD \)(即斜边上的高),以及两个高 \( AD \) 和 \( DC \)。
根据直角三角形面积公式:\( \text{面积} = \frac{1}{2} \times \text{直角边1} \times \text{直角边2} = \frac{1}{2} \times \text{斜边} \times \text{斜边上的高} \)。
即 \( \frac{1}{2} \times 3 \times 4 = \frac{1}{2} \times 5 \times BD \)
解得 \( BD = \frac{12}{5} = 2.4 \, (\text{cm}) \)。

第四步:求体积。
两个圆锥底面半径相同 (\( r = BD = 2.4 \)),高分别是 \( AD \) 和 \( DC \),而 \( AD + DC = AC = 5 \)。
总体积 = 圆锥1体积 + 圆锥2体积
\( V = \frac{1}{3}\pi r^2 \cdot AD + \frac{1}{3}\pi r^2 \cdot DC = \frac{1}{3}\pi r^2 (AD + DC) = \frac{1}{3} \pi \times (2.4)^2 \times 5 \)
计算:\( 2.4^2 = 5.76 \), \( 5.76 \times 5 = 28.8 \)。
所以 \( V = \frac{1}{3} \pi \times 28.8 = 9.6\pi \, (\text{cm}^3) \)。

看,看似复杂的图形,拆解后依然是我们的老朋友“直角三角形转圆锥”。万变不离其宗!

📝 阿星必背口诀:
**轴定边动先看清,是柱是锥对应明。
公式代入心要细,单位统一是前提。
复杂图形莫要慌,拆分成熟小模型!**

🚀 举一反三:变式挑战

变式一:模仿练习

一个长方形的长是 \( 10 \, \text{m} \),宽是 \( 2 \, \text{m} \)。以它的长为轴旋转一周,所得圆柱体的体积是多少立方米?

变式二:逆向思维

一个圆锥的体积是 \( 48\pi \, \text{cm}^3 \),它的高是 \( 9 \, \text{cm} \)。请问,生成这个圆锥的原始直角三角形的两条直角边分别长多少?(假设是绕其中一条直角边旋转形成的)

变式三:综合挑战

一个直角梯形的上底长 \( 2\,\text{cm} \),下底长 \( 5\,\text{cm} \),高为 \( 4\,\text{cm} \)。以梯形的直角腰(长度为 \( 4\,\text{cm} \) 的那条边)为轴旋转一周,得到一个立体图形。这个立体图形的体积是多少?(提示:它可以看作一个大圆柱挖掉了一个小圆锥,或者由长方形直角三角形旋转出的图形组合而成)


📚 解析与答案

【详尽解析】

三级跳挑战答案:
1. 入门例题:得到一个圆柱,体积为 \( 75\pi \, \text{cm}^3 \)。
2. 进阶例题:不正确。正确体积为 \( 128000\pi \, \text{cm}^3 \)。
3. 拔高例题:体积为 \( 9.6\pi \, \text{cm}^3 \)。

举一反三答案与提示:
1. 变式一:以长(10m)为轴,则高 \( h=10\,\text{m} \),半径 \( r=2\,\text{m} \)。体积 \( V=\pi \times 2^2 \times 10 = 40\pi \, (\text{m}^3) \)。
2. 变式二(逆向思维):由 \( V=\frac{1}{3}\pi r^2 h \),代入 \( 48\pi = \frac{1}{3} \pi \times r^2 \times 9 \)。解得 \( r^2 = 16 \), \( r=4\,\text{cm} \)。所以原始直角三角形的两条直角边,一条是圆锥的高 \( 9\,\text{cm} \),另一条是底面半径 \( 4\,\text{cm} \)。
3. 变式三(综合挑战)
解法一(补形法):想象把直角梯形补成一个长为 \( 5\,\text{cm} \)、宽为 \( 4\,\text{cm} \)的长方形。旋转后得到一个大圆柱(半径\( 5\,\text{cm} \),高\( 4\,\text{cm} \))。但多补了一个小三角形(直角边分别为 \( 3\,\text{cm} \)和 \( 4\,\text{cm} \)),这个小三角形旋转会生成一个圆锥(半径\( 3\,\text{cm} \),高\( 4\,\text{cm} \))。所以所求体积 = 大圆柱体积 - 小圆锥体积。
\( V = [\pi \times 5^2 \times 4] - [\frac{1}{3}\pi \times 3^2 \times 4] = (100\pi) - (12\pi) = 88\pi \, (\text{cm}^3) \)。
解法二(分割法):将直角梯形分成一个长方形(长\( 2\,\text{cm} \),宽\( 4\,\text{cm} \))和一个直角三角形(直角边\( 3\,\text{cm} \)和\( 4\,\text{cm} \))。分别旋转:
长方形旋转成圆柱(半径\( 2\,\text{cm} \),高\( 4\,\text{cm} \)):体积 \( = \pi \times 2^2 \times 4 = 16\pi \)。
直角三角形旋转成圆锥(半径\( 3\,\text{cm} \),高\( 4\,\text{cm} \)):体积 \( = \frac{1}{3}\pi \times 3^2 \times 4 = 12\pi \)。
总体积 = \( 16\pi + 12\pi = 28\pi \)?等等,这里错了!分割法中的两个图形旋转轴不共线,旋转出的图形是并排组合,不是简单体积相加。因此,解法一(补形减法)才是正确的。最终答案为 \( 88\pi \, \text{cm}^3 \)。

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