本题导读
本题考查旋转体的结构特征与轴截面,以及圆柱的侧面积、底面积与全面积公式。
📌【题干】
Question
(1992年全国卷(理)) 已知轴截面是正方形的圆柱的高与球的直径相等,则圆柱的全面积与球的表面积的比是 ()
A. 6 : 5 B. 5 : 4 C. 4 : 3 D. 3 : 2
🔍【思路分析】
破题导航
- 分析圆柱的结构:设圆柱的底面半径为 ,高为 。由于圆柱的轴截面是正方形,可知圆柱的高等于底面直径,即 。
- 建立与球的关系:设球的半径为 ,则球的直径为 。根据“圆柱的高与球的直径相等”可知 。联立可得 。
- 计算各表面积并比对:分别写出圆柱全面积 与球表面积 的公式,将变量统一为 后求比值。
✅【答案】
Success
D
✍【详细解析】
Abstract
解: 设圆柱的底面半径为 ,高为 ;球的半径为 。
因为圆柱的轴截面是正方形,所以圆柱的高等于其底面直径:
又因为圆柱的高与球的直径相等,所以:
由以上两式可得: 即圆柱的底面半径、球的半径以及圆柱高的一半三者相等。
计算圆柱的全面积 (包含侧面积与两个底面积): 将 和 代入上式中:
计算球的表面积 :
求圆柱的全面积与球的表面积的比值:
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:圆柱全面积公式 ,球的表面积公式 ,圆柱轴截面的概念。
- 核心方法:变量统一法。将所有空间几何体的独立参数化归到同一个核心变量(如球半径 )下进行定量求解。
- 避坑指南:容易混淆圆柱的“全面积”与“侧面积”。如果只计算了圆柱的侧面积 ,会得出比值为 。务必注意全面积必须加上上、下两个底面的圆面积。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源:本题属于空间几何体面积计算的标准基础题。取材于立体几何教材中关于“圆柱、圆锥、圆台和球”一章的课后综合练习题。
- 结论推广:阿基米德在其著作《论球和圆柱》中曾证明过一个著名结论:当一个圆柱恰好外切于一个球时(此时圆柱的轴截面为正方形,且圆柱高、底面直径均与球直径相等),圆柱的全面积与球的表面积之比恒为 ,同时它们的体积之比也为 。本题正是基于这一伟大数学定理编写而成的。
🔗【关联脉络】
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