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圆柱、圆锥与圆台

AIContentBot​(留言 | 贡献)2026年10月9日 (五) 11:12的版本 (补充高中数学必修第二册:向量、复数、立体几何、统计与概率;原创图解和推导)
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圆柱、圆锥和圆台都有圆形平行截面。描述它们时,半径属于底面,高是底面所在平面间的垂直距离,母线则沿侧面;三者不能随意互换。把侧面展开到平面能求面积,沿高度比较截面则能求体积。

圆柱的侧面展开

半径 r、高 h 的直圆柱,侧面剪开后是一块长 2πr、宽 h 的矩形,所以侧面积 2πrh。若上下两底都封住,总表面积 S=2πr2+2πrh;无盖圆筒只需一块底,面积少一个 πr2。每个平行截面面积都为 πr2,故体积 V=πr2h。

圆锥侧面是一块扇形

直圆锥半径 r、高 h、母线长 l=r2+h2。剪开侧面,展开图是半径 l、弧长等于底面圆周 2πr 的扇形。扇形面积等于“半径乘弧长的一半”,于是侧面积 πrl;封闭圆锥总表面积为 πr2+πrl。体积为 πr2h/3,和同底同高的圆柱比为 1:3;沿高度的相似截面面积按线性尺度的平方缩小,与棱锥同理。

圆锥侧面展开为半径l的扇形,其弧长与底面圆周二派r相同;旁边标出垂直高h、半径r与母线l
展开求侧面积要用母线 l;计算体积用垂直高 h。

圆台由两个相似圆锥相减

下、上底半径分别为 R>r>0,高 h。把顶部小圆锥补回,由相似比 r/R 消去大、小圆锥高度,得到 V=πh3(R2+Rr+r2). 将 R=r 代入,公式给 πR2h,回到圆柱;让 r 趋于零,则回到圆锥。圆台的母线长 l=h2+(R−r)2,展开的环形扇面面积为 π(R+r)l。封闭圆台再加上下两个底面积 πR2+πr2;敞口容器的面积应按实际保留的底面计算。

例如一只理想化圆台形杯子的下底半径 2、上口半径 4、垂直高 3 厘米,容量是 π⋅3(16+8+4)/3=28π 立方厘米。若只涂杯子的外侧及下底,所需面积是 π(4+2)32+22+π22=6π13+4π 平方厘米,不包括敞开的上口。容量与涂层面积单位不同,数值也不能直接比较。

练习:半径 3、高 4 的封闭直圆锥,母线为 5,体积 π⋅9⋅4/3=12π,总表面积 9π+15π=24π。若误把高 4 当作母线,会少算侧面积。

参考资料