师:同学们,今天我们学习弧长和扇形面积,以及圆锥的侧面积和全面积。先来看本节课的学习目标。第一,探索圆锥侧面积计算公式的推导过程;第二,了解圆锥侧面积计算公式,并会应用相关公式解决圆锥侧面积或全面积的问题。本节课重点是了解圆锥侧面积和全面积的计算公式,并会应用公式解决问题。难点是探索侧面积计算公式的推导过程,将曲面问题转化为平面问题解决。
接下来进入课程。说起圆锥,大家脑海中浮现的圆锥是什么样的呢?是路边的路障设施、各种漏斗、平时爱吃的雪糕,还是数学课上的圆锥?它们都类似圆锥。那该怎么定义圆锥呢?看这个动画,圆锥可看成是一个直角三角形绕着其中一条直角边旋转 360 度扫过的立体图形。
在数学里,圆锥由一个底面和一个侧面围成,底面是一个圆,侧面是一个曲面。连接圆锥顶点和底面圆周上任意一点的线段叫圆锥的母线,比如图中的 PC 和 PD 就是母线。大家思考一下,圆锥有多少条母线,它们长度有什么关系?
生:圆锥有无数条母线,且长度都相等。
师:再看图,连接顶点和底面圆心的线段 PO 就是圆锥的高。我们用小写字母 l 表示圆锥的一条母线,h 表示圆锥的高,r 表示圆锥底面的半径。同学们观察一下,圆锥的底面半径 r、母线 l 三者之间的数量关系是怎样的?
生:它们刚好构成直角三角形的三条边,根据勾股定理,l2 = h2 + r2 。
师:非常好。我们来看本节课要计算的两个面积,图中上面部分是侧面,下面部分是底面,分别计算它们的面积,即侧面积和底面积。侧面积与底面积之和就是圆锥的全面积。圆锥底面是圆,面积是 πr2 ,但圆锥侧面是曲面,怎么计算呢?来看动画。
可以看到,圆锥展开后是一个平面的扇形和圆形,扇形就是圆锥的侧面。要计算圆锥侧面积,就要计算这个扇形面积。但实际中不容易把圆锥展开,所以要先找出立体图形和平面图形中各量之间的关系,再把扇形面积转化为圆锥侧面积。请同学们观察,这里扇形半径和圆锥中的哪条线段相等?
生:母线。
师:那扇形的弧长与圆锥中的哪个量的长度相等呢?
生:底面的周长。
师:没错,根据两个图形之间的关系,能知道圆锥侧面积怎么计算吗?我们直接讲结论,圆锥的侧面积等于 πrl 。本节课目标之一是探索圆锥侧面积计算公式的推导过程,现在我们一起思考这个公式怎么推导出来的。
由于圆锥侧面积就是展开图的扇形面积,我们尝试通过扇形面积推导。我们知道扇形面积等于 1/2 乘弧长乘半径,这里半径就是母线 l 。注意区分字母,这里弧长在立体图形中测量难度较高,尝试转化一下。因为弧长实际就是底面周长 2πr ,把它代入到扇形面积公式里。整理之后就可以得出圆锥侧面积公式 πrl ,这里 r 是圆锥底面半径,l 是圆锥母线长度。以后计算圆锥面积,知道圆锥底面半径和母线长度就行啦。可能有同学会想,扇形面积不是还有一个计算公式吗?别急,我们一步步来。另一个扇形面积公式是这样的,但这里出现了圆心角 n 。这个 n 在立体图形里也很难测量,所以需要把 n 转化成更容易测量的量。由于弧长计算也跟 n 有关,把它与底面周长 2πr 放在一起。同学们尝试整理一下,n 等于多少?
生:整理后,n = 360r / l 。
师:非常好。最后通过代入化简,发现结果跟前面一样。所以我们得出圆锥的侧面积计算公式是 πrl ,全面积计算公式就是侧面积加上底面积,即 πrl + πr2 。既然有了公式,实际动手试一试。请同学们思考题目,这里底面直径是 80,也就告诉我们底面半径是 40,再加上母线长 80 。根据勾股定理,h2 = l2 - r2 ,就可以得出它的高是 40√3 。根据圆锥侧面积计算公式 πrl ,就可以直接求出结果是 3200π 。接下来请看第 2 题。
