Chuyên đề Thể tích khối đa diện, khối cầu, khối trụ, khối nón

Chủ đề: Nguyễn Danh Ngôn
THỂ TÍCH KHỐI ĐA DIỆN, KHỐI CẦU, KHỐI TRỤ, KHỐI NÓN
(4 TIẾT)
Tiết 1 - 2
I. Mục tiêu.
Qua chủ đề này học sinh cần:
1) Về kiến thức: Làm cho HS hiểu sâu sắc hơn các vấn đề phân chia , lắp ghép khối đa diện và thể tích khối đa diện.
2) Về kĩ năng: Tăng cường rèn luyện kĩ năng giải toán về tính thể tích khối lăng trụ và khối chóp. Thông qua giải toán HS được củng cố về công thức tính thể tích khối lăng trụ và khối chóp và khả năng áp dụng chúng vào các khối đa diện phức tạp hơn.
3) Về tư duy và thái độ: Tích cực hoạt động. Rèn luyện tư duy chính xác, trìu tượng. Tự tin trong học tập.
II. Chuẩn bị của giáo viên và học sinh.
1) Giáo viên: Giáo án, hệ thống bài tập, phiếu học tập, hình vẽ, biểu bảng, .
2) Học sinh: Ôn tập kiến thức cũ, làm bài tập trong sách giáo khoa.
III. Phương pháp.
Phương pháp chủ yếu là nêu vấn đề, vấn đáp kết hợp hoạt động theo nhóm học sinh.
V. TIẾN TRÌNH GIỜ HỌC.
Công thức
Khối chóp: 	
Lăng trụ:	
Khối nón:	
Khối trụ:	
Khối cầu:	, 
Một số kết quả cần nhớ:
Tam giác đều ABC:	* Độ dài đường cao .
	* Diện tích: .
Tam ABC vuông tại A: .
Hình vuông ABCD: 	* Đường chéo .
	* S=AB2.
Quan hệ vuông góc
1) Đường thẳng vuoâng goùc với đường thẳng
	Cách 1 :
Cách 2 :
Cách 3 :
2) Đường thẳng vuoâng goùc với mặt phẳng
Cách 1 :
Cách 2 :
Cách 3 :
3) Mp vuoâng goùc với mặt phẳng
	4.Goùc :
a) giöõa ñöôøng thaúng vaø ñöôøng thaúng 
	Laø goùc giöõa hai ñöôøng thaúng laàn löôït song song vôùi 2 ñt ñaõ cho
	b) giöõa ñöôøng thaúng vaø maët phaúng :
 Laø goùc giöõa ñt ñoù vaø hình chieáu vuoâng goùc cuûa noù treân maët phaúng ñaõ cho. 
	c) giöõa maët phaúng vaø maët phaúng :
	Laø goùc giöõa hai ñöôøng thaúng laàn löôït vuoâng goùc vôùi hai maët phaúng ñoù.
	Hoaëc laø goùc laàn löôït naèm trong hai maët phaúng ñaõ cho vaø cuøng vuoâng goùc vôùi giao tuyeán cuûa hai maët phaúng ñoù.
	3.Khoaûng caùch :
	a) Töø moät ñieåm A ñeán ñöôøng thaúng b
	laø khoaûng cuûa A vaø H laø hình chieáu cuûa A treân b
Töø moät ñieåm A ñeán (P)
laø khoaûng cuûa A vaø H laø hình chieáu cuûa A treân (P)
Tiết 1
 Chia lớp làm 2 nhóm phân công mỗi nhóm giải một bài tập 
 Gọi đại diện các nhóm ( hai nhóm một lượt ) lên giải ở bảng
 Cho cả lớp trao đổi thảo luận,bổ sung góp ý
 Sửa sai ,hoàn chỉnh,chú ý cách vẽ hình của học sinh
Bài 1 :Cho hình hộp chữ nhật ABCD.A’B’C’D’ có AB = a ;BC = b ; AA’ = c . Gọi E và F lần lượt là trung điểm của B’C’ ; C’D’ . Mặt phẳng ( AEF) chi khối hộp đó thành hai khối đa diện (H) và (H’) trong đó (H) là khối đa diện chứa đỉnh A’ .Tìm thể tích (H) và (H’).
 Bài 2 : Cho hình chóp tam giác S.ABC có đáy là tam giác vuông ở B Cạnh SA vuông góc với đáy .Cho AB = a,SA = b.
 Hãy tính khoảng cách từ A đến mp(SBC ).
Bài giải :
Bài 1 : Giả sử EF cắt A’B’ tại I và cắt A’D’ tại J ,AI cắt BB’ tại L,AJ cắt DD’ tại M 
 Gọi ( K ) là tứ diện AA’IJ . Khi đó 
Vì EB’ = EC’ và B’I // C’F nên B’I = C’F = tương tự D’J = 
Từ đó theo định lý Ta let ta có :
Do đó Tương tự 
 nên 
 Bài 2
 Giải :
Theo định lý ba đường vuông góc, BC vuông góc với hình chiếu AB của đường xiên SB nên BC vuông góc với SB.
 Gọi h là khoảng cách từ A đến Mp (SBC) ,V là thể tích của hình chóp S.ABC thì :
 . Từ đó suy ra : 
Tiết 2: 
Bài 3 ; Cho khối chóp tam giác đều S.ABC có đáy là tam giác đều cạnh bằng a , các cạnh bên tạo với đáy một góc . Tính thể tích khối chóp đó .
Bài 4 : Cho hai đoạn thẳng AB và CD chéo nhau ,AC là là đường vuông góc chung của chúng.Biết AC = h ;AB = ,CD = b ;góc giữa hai đường AB,CD là ,Tính thể tích tứ diện ABCD.
Bài giải :
Bài 3 :
Vì hình chóp tam giác đều nên H chính là trọng tâm của tam giác ABC , do đó tac có :
 nên SH = AH.tan600 =
Thể tích khối chóp S.ABC là
 Bài 4 : 
Dựng BE//=DC ; DF//=BA > Khi đó ABE.FDC là một lăng trụ đứng 
Ta có 
T ừ đ ó suy ra 
Tiết 3
I. Mục tiêu :
 	1. Kiến thức :
 	 - Nắm định nghĩa mặt cầu, hình cầu, vị trí tương đối giữa mặt cầu và mặt phẳng, giữa mặt cầu và đường thẳng.
	2. Kỹ năng : 
	- Nhận biết được 1 số hình đa diện có mặt cầu ngoại tiếp
	- Xác định được tâm và bán kính mặt cầu
	- Tính được diện tích mặt cầu và thể tích khối cầu
	3. Tư duy, thái độ :
	- Rèn luyện khả năng tư duy sáng tạo
II. Chuẩn bị :
Giáo viên : Hệ thống bài tập và câu hỏi gợi mở
Học sinh : Chuẩn bị kiến thức cũ liên quan đến trục của đường tròn ngoại tiếp tam giác, mặt cầu, khối cầu, làm bài tập ở nhà
III. Phương pháp : Vấn đáp, gợi mở, thuyết giảng.
IV. Tiến trình lên lớp : 
1.Kiểm tra bài cũ :
 	- Định nghĩa mặt cầu, nêu công thức tính diện tích mặt cầu, thể tích khối cầu 
2. Bài mới : 
Hoạt động 1 :
 	 Xác định tâm, bán kính của mặt cầu thỏa mãn một số điều kiện cho trước.
Họat động của GV
Họat động HS
Nội dung
- Một mặt cầu được xác định khi nào?
- 4 điểm A, B, C, D đồng phẳng ?
Nếu A, B, C, D đồng phẳng ?
- B to¸n được phát biểu lại: Cho hình chóp ABCD có 
 . AB ┴ (BCD) BC ┴ CD
Cm A, B, C, D nằm trên 1 mặt cầu
...
- Bài toán đề cập đến quan hệ vuông , để cm 4 điểm nằm trên một mặt cầu ta cm ?
- Gọi hs tìm bán kính
+ Cho 3 điểm A, B, C phân biệt có 2 khả năng :
 . A, B, C thẳng hàng
 . A, B, C không thẳng hàng
- có hay không mặt cầu qua 3 điểm thẳng hàng ?
-Có hay không mặt cầu qua 3 điểm không thẳng hàng ?
+ Giả sử có một mặt cầu như vậy thử tìm tâm của mặ t cầu.
+ Trên đtròn lấy 3 điểm A, B, C phân biệt và lấy điểm S (ABC)
+ Có kết luận gì về mặt cầu qua 4 điểm không đồng phẳng.
- Biết tâm và bán kính.
-các điểm cùng nhìn một đoạn thẳng dưới 1 góc vuông.
- Có B, C cùng nhìn đoạn AD dưới 1 góc vuông → đpcm
 R = 
- Không có mặt cầu qua 3 điểm thẳng hàng
- Gọi I là tâm của mặt cầu thì IA=IB=IC
I d : trục ABC
- Trả lời : 
+ Gọi I là tâm của mặt cầu có :
. IA=IB=IC 
I d : trục ABC 
. IA=IS S: mp trung trực của đoạn AS
 I = d.
Bài 1 : (SGK)
Trong không gian cho 3 đoạn thẳng AB, BC, CD sao cho AB ┴ BC,
 BC ┴ CD, CD ┴ AB. 
CMR có mặt cầu đi qua 4 điểm A, B, C, D. Tính bk mặt cầu đó, nếu AB=a, BC=b, CD=c.
Nếu A,B,C,D đồng phẳng
 (!)
→ A, B, C, D không đồng phẳng:
A
B
C
D
Bài 2 SGK
a. Tìm tập hợp tâm các mặt cầu đi qua 3 điểm phân biệt A, B, C cho trước
Củng cố : Có vô số mặt cầu qua 3 điểm không thẳng hàng , tâm của mặt cầu nằm trên trục của ABC.
b. Có hay không một mặt cầu đi qua 1 đtròn và 1 điểm n»m ngoài mp chứa đtròn
+ Có duy nhất một mặt cầu qua 4 điểm không đồng phẳng
Hoạt động 2 : Tính diện tích và thể tích mặt cầu và khối cầu ngoại tiếp hình chóp
Họat động của GV
Họat động HS
Nội dung
+ Công thức tính thể tích ?
+ Phát vấn hs cách tính
+ Gọi hs xác định tâm của mặt cầu.
+ Vì SA, SH nằm trong 1 mp nên chỉ cần dựng đường trung trực của đoạn SA
+ Gọi hs tính bkính và thể tích. 
- 
- Tìm tâm và bkính .
 Theo bài 2 :
Gọi O là tâm của mặt cầu thì O =d
Với d là trục ABC.
: mp trung trực của SA
+ Sử dụng tứ giác nội tiếp đtròn
Bài 3: Tính thể tích khối cầu ngoại tiếp hình chóp, tam giác đều có cạnh đáy bằng a và chiều cao h
S
A
B
C
N
H
O
+ Gọi H là tâm ABC.
 SH là trục ABC
+ Dựng trung trực Ny của SA
+ Gọi O=SHNy
O là tâm
+ Công thức tính dtích mặt cầu
+ Phát vấn hs cách làm
+ Gọi hs xác định tâm
+ Gọi hs xác định bkính
+ Củng cố :
Đối với hình chóp có cạnh bên và trục của đáy nằm trong 1 mp thì tâm mặt cầu I = ad
với a : trung trực của cạnh bên.
 d : trục của mặt đáy
- 
- Tìm tâm và bán kính
- Tìm tâm theo yêu cầu.
C
N
S
A
B
I
O
+ Trục và cạnh bên nằm cùng 1 mp nên dựng đường trung trực của cạnh SC 
Bài 4 : Tính diện tích mặt cầu ngoại tiếp hình chóp SABC
biết SA = a, SB = b, SC = c
và SA, SB, SC đôi một vuông góc
- Cmr điểm S, trọng tâm ABC, và tâm mặt cầu ngoại tiếp hình chóp SABC thẳng hàng.
Gọi I là trung điểm AB
Dựng Ix //SC Ix là trục ABC
. Dựng trung trực Ny của SC
Gọi O = Ny Ix O là tâm
+ và R=OS = 
 Diện tích
V. Củng cố :
 	- Nắm được cách xác định tâm mặt cầu ngoại tiếp khối đa diện
	- Biết cách tính dtích mặt cầu, thể tích khối cầu
Bài tập về nhà
 Cho hình lăng trụ tam giác đều ABC. A’B’C’ có cạnh đều = a. Xác định tâm và bkính của mặt cầu ngoại tiếp hình lăng trụ đã cho. Tính dtích của mặt cầu ngoại tiếp đó và thể tích khối cầu được tạo nên bởi mặt cầu ngoại tiếp đó.
Tiết 4 :
B. Bài tập tham khảo
Cho hình chóp tam giác đều S.ABC có cạnh đáy bằng a, cạnh bên bằng 2a. Gọi I là trung điểm của BC.
a. Chứng minh SA vuông góc với BC.
b. Tính thể tích khối chóp S.ABC và S.ABI theo a.	ĐS: b. 
Cho hình chóp S.ABC có đáy là tam giác vuông tại B, SA vuông góc với đáy. Biết AB=a, , SA=3a.
a. Tính thể tích khối chóp S.ABC.
b. Gọi I là trung điểm của SC. Tính độ dài đoạn thẳng BI theo a.
ĐS: a. , b. 
Cho hình chóp S.ABC có đáy là tam giác vuông tại B, SA vuông góc với đáy. Biết SA=AB=BC=a. Tính thể tích khối chóp S.ABC.	ĐS: 
Cho hình chóp tứ giác S.ABCD có đáy ABCD là hình vuông cạnh a có SA vuông góc với đáy và SA=AC. Tính thể tích khối chóp S.ABCD.	ĐS: 
Cho hình chóp tứ giác S.ABCD có đáy ABCD là hình vuông cạnh a có SA vuông góc với đáy cạnh .
a. Tính thể tích khối chóp S.ABCD.
b. Chứng minh trung điểm của cạnh SC là tâm mặt cầu ngoại tiếp hình chóp S.ABCD.
ĐS: a. 
Cho hình nón tròn xoay có đường cao h=a, bán kính đáy r=1,5a. Tính diện tích xung quanh của hình nón và thể tích khối nón đã cho theo a.	ĐS: 
Trong không gian cho hình chữ nhật ABCD, có AB=a, AC=. Tính diện tích toàn phần của hình trụ và thể tích khối trụ được sinh ra bởi hình chữ nhật nói trên khi nó quay quanh cạnh BC.
ĐS: ; ; .
Cho hình hộp chữ nhật ABCD.A’B’C’D’ có AA’=a, AB=b, AD=c. Gọi (S) là mặt cầu ngoại tiếp hình hộp. Tính thể tích khối cầu.	ĐS: 
Cho lăng trụ đứng ABC.A’B’C’ có đáy ABC là tam giác vuông tại A và AC=a, góc . Đường chéo BC’ của mặt bên tạo với mặt phẳng (AA’C’C) một góc 300.
a. Tính độ dài đoạn AC’.
b. Tính thể tích khối lăng trụ.	ĐS: a. AC’=3a; b. .
Hết