本题导读

本题考查球的性质与截面圆,以及球的表面积公式。

📌【题干】

Question

(2004年全国卷III(理)) 用平面 截半径为 的球,如果球心到平面 的距离为 ,那么截得小圆的面积与球的表面积的比值为 .

🔍【思路分析】

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  1. 构建空间直角三角形:设球心为 ,平面 截球得小圆的圆心为 。在小圆圆周上任取一点 ,则 (球半径), (球心到平面的距离),且 。线段 即为小圆的半径 。
  2. 求小圆半径:在 中,利用勾股定理 求出 的代数式。
  3. 比值计算:由小圆面积公式 和球的表面积公式 ,代入参数直接求出比值。

✅【答案】

Success

✍【详细解析】

Abstract

设球的半径为 ,球心到截面平面 的距离为 ,截得小圆的半径为 。

球心、截面圆心与截面圆周上任意一点构成一个直角三角形。根据空间几何中的勾股定理:

将 代入上式中:

计算截得小圆的面积:

已知球的表面积公式为:

计算小圆面积与球表面积的比值:

答:

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 核心考点:球的截面性质、空间勾股定理性质公式 、球表面积公式。
  2. 核心方法:几何定量代换法。
  3. 避坑指南:
    • 切勿将球表面积公式记错。球的表面积公式是 ,很多同学容易在紧张的考试中将其与圆面积()或球体积公式中的系数搞混。
    • 计算比值时注意前后主被动顺序,题目要求的是“小圆面积与球表面积的比值”,所以分子是小圆,分母是球。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源: 经典空间立体几何立体图形切截基础题。
  2. 结论推广: 一般地,用距离球心为 的平面去截半径为 的球,所截得的小圆面积与球表面积的比值满足恒等通用关系式: 。

🔗【关联脉络】

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