圆柱
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基本定义与构成
圆柱是一个三维几何体,由两个互相平行且全等的圆形底面,以及一个连接这两个底面圆周的曲面(称为侧面)所围成。这两个圆形底面所在的平面之间的距离叫做圆柱的高。连接两个底面圆心的线段是圆柱的轴,轴的长度也等于圆柱的高。 -
圆柱的生成与分类
圆柱可以看作是由一个矩形绕着它的一条边旋转一周而形成的。这条固定的边就是圆柱的轴,与轴相对的那条边旋转形成的曲面就是侧面,而矩形的另外两条边则旋转形成两个底面。根据轴与底面是否垂直,圆柱可以分为直圆柱和斜圆柱。当轴垂直于底面时,是直圆柱(通常我们所说的圆柱即指直圆柱);当轴与底面不垂直时,是斜圆柱。 -
圆柱的度量:侧面积与全面积
将圆柱的侧面沿着一条母线(侧面展开图上与高平行的线段)剪开并摊平,会得到一个矩形。这个矩形的长等于底面圆的周长,宽等于圆柱的高。因此,圆柱的侧面积公式为:侧面积 = 底面周长 × 高,即 \(S_{侧} = 2\pi rh\)(其中 \(r\) 是底面半径,\(h\) 是高)。圆柱的全面积(或称表面积)则等于侧面积加上两个底面的面积,公式为:全面积 = 侧面积 + 2 × 底面积,即 \(S_{全} = 2\pi rh + 2\pi r^2\)。 -
圆柱的度量:体积
圆柱的体积公式与棱柱类似,等于底面积乘以高。因为底面是一个圆,所以圆柱的体积公式为:体积 = 底面积 × 高,即 \(V = \pi r^2 h\)。这可以理解为,将无数个与底面全等的薄圆片叠放在一起,从底部累积到顶部,就形成了圆柱的体积。 -
圆柱的截面
用一个平面去截圆柱,得到的截面形状取决于平面与圆柱轴线的相对位置。当截面平行于底面时,截面是一个与底面全等的圆。当截面垂直于轴线时,对于直圆柱,截面是一个矩形。当平面与轴线斜交且与所有母线都相交时,截面是一个椭圆。