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外接球问题的常见求法 集体备课大赛

肖国英
耒阳市第一中学
高中
数学
必修2
人教版
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    教学准备

    学情分析

       外接球问题在高考中多以选择题或填空题的形式呈现,难度中等或中等偏上,学生在这块内容如果掌握不好很容易丢分。有必要带动学生进行归纳总结外接球的模型,做到心中有数。

    教学工具

       学生的立体几何已有一定的基础,但尚未形成系统化。

       近些年的高考中,几何体的外接球几乎成了必考题,文科数学一般出现在11或12题的位置,理科数学一般出现在9或10题的位置,学生一般感觉比较难,没有相应的模型思想,部分学生根本无从下笔。

    教学设计

    教学目标

    1.能将外接球问题归类总结;

    2.熟练掌握外接球的基本公式以及四类常见模型及其处理方法;


    教学重难点

    1.可以补形变成长方体(或正方体)的外接球的模型

    2.直棱柱(圆柱)、直棱锥的外接球模型

    3.(正)棱锥(圆锥)的外接球模型



    教学方法


    【外接球模型总结】

     

    基本公式:


    模型1: 长方体模型 :

             正方体外接球半径:  

    模型2:可以补形变成长方体或正方体的模型,包括:

          (1)墙角模型(三条线两两垂直);

         (2)三组对棱分别相等的三棱锥(即四面体)模型;

         (3)正四面体模型.

    模型3:直棱柱(圆柱)、直棱锥模型(关键要素:有一条侧棱垂直底面)

        

               (为直棱(圆)柱或直棱锥的高,为底面圆半径)



    模型4:(正)棱锥、(圆锥)模型


              (为棱锥的高,为底面圆半径)


     


    教学过程

    任务一、外接球基本公式及长方体、正方体模型

    【题型1】

    1. 【2012课标文】(8)平面α截球O的球面所得圆的半径为1,球心O到平面α的距离为,则此球的体积为 (    )

    (A)  (B)      (C)      (D

      

    问题1. 题型1用到的公式是什么?               


    【题型2】



    2. 【2017年Ⅱ卷文15】长方体的长、宽、高分别为3,2,1,其顶点都在球O的球面上,则球O的表面积为                 .




    3. 【2016年Ⅱ卷文4】体积为8的正方体的顶点都在同一球面上,则该球面的表面积为(  )

    A.12π B.π C.8π D.4π

    问题2. 你能对题型2归类出相应的外接球模型吗?结论是什么?

          

     模型1.                                                  

    探究一:与长方体相关的外接球模型

    例1(1)已知三棱锥P﹣ABC的四个顶点均在球面上,PB⊥平面ABC.PB=2,△ABC为直角三角形,AB⊥BC,且AB=1,BC=2.则球的表面积为(  )

    A.5π B.10π C.17π D.π

           

    (2) 在三棱锥中,则三棱锥外接球的表面积为 __________.  

     

    (3)棱长为的正四面体的外接球的表面积为________.

     


     

    问题3. 你能对例1归类出相应的外接球模型吗?结论是什么?

          

     模型2.                                                  


    探究二:直棱柱(圆柱)、直棱锥模型(关键要素,有一条侧棱垂直底面)


    例2.(2009•全国卷Ⅰ)直三棱柱ABC﹣A1B1C1的各顶点都在同一球面上,若AB=AC=AA1=2,∠BAC=120°,则此球的表面积等于     .

                       




    例2 变式.直三棱锥A1﹣ABC的各顶点都在同一球面上,,若AB=AC=AA1=2,∠BAC=120°,则此球的表面积等于     .


    问题4. 你能归类出直棱柱(圆柱)、直棱锥相应的外接球模型吗?有什么样的结论呢?

           

    模型3.                                                             

    【当堂巩固练】直三棱锥A1﹣ABC的各顶点都在同一球面上,,AA1=2,BC=2,∠BAC=60°,则此球的表面积等于     .


    探究三、棱锥(圆锥)模型

    例3.正四棱锥的顶点都在同一球面上,若该棱锥的高为4,底面边长为2,则该球的表面积为 (            )

    A.        B.        C.     D.



    问题5. 你能归类出锥体的外接球模型吗?有什么结论或方法?

           

    模型4.                                                         



    【当堂巩固练】正四面体的棱长为,顶点都在同一球面上,则该球的表面积为        .



    【外接球模型总结】

     

    基本公式

    模型1: 长方体模型 ,正方体外接球半径  


    模型2:可以补形变成长方体或正方体的模型,包括:

    ①墙角模型(三条线两两垂直)

     

    ②三组对棱分别相等的三棱锥(即四面体)模型

     

    ③正四面体模型


    模型3:直棱柱(圆柱)、直棱锥模型(关键要素,有一条侧棱垂直底面)

     

                                      (h为棱柱的高,为底面圆半径)

     



    模型4:正棱锥的外接球

     

    课后巩固练习

    1.【2011年理15改编】已知矩形的顶点都在半径为4的球的球面上,且,则球心到平面的距离为         

     

     

    2. 已知一个正三棱锥的三条侧棱两两垂直且相等,底面边长为2,则该三棱锥的外接球的表面积是(   )

    A.            B.            C.          D.

     

    3.【2013年Ⅰ卷文15】已知是球的直径上一点,,平面,为垂足,截球所得截面的面积为,则球的表面积为_______.

     

    4.(2014•陕西)已知底面边长为1,侧棱长为的正四棱柱的各顶点均在同一球面上,则该球的体积为(  )    

      A.         B.4π         C.2π        D.

     

    5.【2017年Ⅲ卷文9】已知圆柱的高为1,它的两个底面的圆周在直径为2的同一个球的球面上,则该圆柱的体积为(    )

    A.         B.          C.          D.

     

    6.【2008年文15】一个六棱柱的底面是正六边形,其侧棱垂直底面.已知该六棱柱的顶点都在同一个球面上,且该六棱柱的高为,底面周长为3,那么这个球的体积为 _________

     

     

    7.已知矩形ABCD,,E为AD的中点,现分别沿BE,CE将,翻折,使点A,D重合,记为点P,则几何体的外接球表面积为(   )

    A.          B.           C.             D.  

     

    8.(2018全国卷Ⅲ)设A,B,C,D是同一个半径为4的球的球面上四点,为等边三角形且其面积为,则三棱锥体积的最大值为(     )

    A.   B.   C.   D.

     

    9.(2007•全国卷Ⅰ)正四棱锥S﹣ABCD的底面边长和各侧棱长都为,点S、A、B、C、D都在同一个球面上,则该球的体积为     .



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