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第 1 讲 空间几何体
[考情分析] 空间几何体的结构特征是立体几何的基础，空间几何体的表面积和体积是高考
的重点与热点，多以选择题、填空题的形式考查，难度中等或偏上．
考点一 三视图与直观图
核心提炼
1．一个物体的三视图的排列规则
俯视图放在正视图的下面，长度与正视图的长度一样，侧视图放在正视图的右面，高度与正
视图的高度一样，宽度与俯视图的宽度一样．即“长对正、高平齐、宽相等”．
2．由三视图还原几何体的步骤
一般先依据俯视图确定底面，再利用正视图与侧视图确定几何体．
3．S ＝S
直观图 原图．
例1 (1)(2022·全国甲卷)如图，网格纸上绘制的是一个多面体的三视图，网格小正方形的边
长为1，则该多面体的体积为( )
A．8 B．12 C．16 D．20
答案 B
解析 三视图对应的几何体是放倒的直四棱柱，如图，直四棱柱的高为 2，底面是上底为
2，下底为4，高为2的梯形，所以体积V＝Sh＝×(2＋4)×2×2＝12.(2)如图，已知用斜二测画法画出的△ABC的直观图是边长为a的正三角形，则原△ABC的
面积为________．
答案 a2
解析 如图，过点C′作C′M′∥y′轴，交x′轴于点M′，
过点C′作C′D′⊥x′轴，交x′轴于点D′，
则C′D′＝a，∠C′M′D′＝45°，
则C′M′＝a，
所以原三角形的高CM＝a，底边长为a，
其面积为S＝×a×a＝a2.
规律方法 由三视图还原直观图的方法
(1)注意图中实、虚线，分别是原几何体中的可视线与被遮挡线．
(2)想象原形，并画出草图后进行三视图还原，把握三视图和几何体之间的关系，与所给三
视图比较，通过调整，准确画出原几何体．
(3)由三视图还原直观图时，往往采用削体法，选定一个视图，比如俯视图，然后逐步削切
正方体等几何载体．
跟踪演练1 (1)(2021·全国乙卷)以图①为正视图，在图②③④⑤中选两个分别作为侧视图和
俯视图，组成某个三棱锥的三视图，则所选侧视图和俯视图的编号依次为______(写出符合
要求的一组答案即可)．
答案 ③④(答案不唯一，②⑤也可)
解析 根据“长对正、高平齐、宽相等”及图中数据，可知图②③只能是侧视图，图④⑤只能是俯视图，则组成某个三棱锥的三视图，所选侧视图和俯视图的编号依次是③④或②⑤.
若是③④，则原几何体如图1所示；若是②⑤，则原几何体如图2所示．
(2)如图，矩形O′A′B′C′是水平放置的一个平面图形由斜二测画法得到的直观图，其中
O′A′＝6，O′C′＝2，则原图形的周长为________．
答案 24
解析 在直观图中，设线段B′C′交y′轴于点D′，如图所示，
易知∠C′O′D′＝45°，且O′C′⊥C′D′，则△C′O′D′为等腰直角三角形，
所以C′D′＝O′C′＝2，O′D′＝2，作出原图形如图所示，
可知原图形OABC为平行四边形，且OA＝BC＝6，CD＝2，OD＝4，
由勾股定理可得AB＝OC＝＝6，
因此，原图形的周长为4×6＝24.
考点二 表面积与体积
核心提炼
1．旋转体的侧面积和表面积
(1)S ＝2πrl，S ＝2πr(r＋l)(r为底面半径，l为母线长)．
圆柱侧 圆柱表
(2)S ＝πrl，S ＝πr(r＋l)(r为底面半径，l为母线长)．
圆锥侧 圆锥表
(3)S ＝4πR2(R为球的半径)．
球表
2．空间几何体的体积公式
(1)V ＝Sh(S为底面面积，h为高)．
柱
(2)V ＝Sh(S为底面面积，h为高)．
锥
(3)V ＝(S ＋＋S )h(S ，S 为底面面积，h为高)．
台 上 下 上 下
(4)V ＝πR3(R为球的半径)．
球
例2 (1)(2022·凌源模拟)五脊殿是宋代传统建筑中的一种屋顶形式．如图所示，其屋顶上有一条正脊和四条垂脊，可近似看作一个底面为矩形的五面体．若某一五脊殿屋顶的正脊长
4米，底面矩形的长为6米，宽为4米，正脊到底面矩形的距离为2米，则该五脊殿屋顶的
体积的估计值为( )
A. 立方米 B. 立方米
C．32 立方米 D．64 立方米
答案 B
解析 如图所示，将屋顶分割为一个三棱柱和两个相同的四棱锥，
三棱柱的底面是边长为4，高为2的等腰三角形，三棱柱的高为4.
四棱锥的底面是长为4，宽为1的矩形，其高为2，
所以V＝×4×2×4＋2××4×1×2＝(立方米)．
(2)(2022·全国甲卷)甲、乙两个圆锥的母线长相等，侧面展开图的圆心角之和为 2π，侧面积
分别为S 和S ，体积分别为V 和V 若＝2，则等于( )
甲 乙 甲 乙．
A. B．2 C. D.
答案 C
解析 方法一 因为甲、乙两个圆锥的母线长相等，
所以结合＝2，
可知甲、乙两个圆锥侧面展开图的圆心角之比是2∶1.
不妨设两个圆锥的母线长为l＝3，甲、乙两个圆锥的底面半径分别为r ，r ，高分别为h ，
1 2 1
h，
2
则由题意知，两个圆锥的侧面展开图刚好可以拼成一个周长为6π的圆，
所以2πr＝4π，2πr＝2π，得r＝2，r＝1.
1 2 1 2
由勾股定理得，
h＝＝，h＝＝2，
1 2
所以＝＝＝.
方法二 设两圆锥的母线长为l，甲、乙两圆锥的底面半径分别为r ，r ，高分别为h ，h ，
1 2 1 2
侧面展开图的圆心角分别为n，n，
1 2
则由＝＝＝2，
得＝＝2.由题意知n＋n＝2π，
1 2
所以n＝，n＝，
1 2
所以2πr＝l，2πr＝l，
1 2
得r＝l，r＝l.
1 2
由勾股定理得，h＝＝l，
1
h＝＝l，
2
所以＝＝＝.
规律方法 空间几何体的表面积与体积的求法
(1)公式法：对于规则的几何体直接利用公式进行求解．
(2)割补法：把不规则的图形分割成规则的图形，或把不规则的几何体补成规则的几何体，
不熟悉的几何体补成熟悉的几何体．
(3)等体积法：选择合适的底面来求体积．
跟踪演练2 (1)(2022·锦州质检)2022年北京冬奥会的成功举办使北京成为奥运史上第一座
“双奥之城”．其中2008年北京奥运会的标志性场馆之一“水立方”摇身一变成为了“冰
立方”．“冰立方”在冬奥会期间承接了冰壶和轮椅冰壶等比赛项目．“水立方”的设计灵
感来自于威尔·弗兰泡沫，威尔·弗兰泡沫是对开尔文胞体的改进，开尔文胞体是一种多面体，
它由正六边形和正方形围成(其中每一个顶点处有一个正方形和两个正六边形)，已知该多面
体共有24个顶点，且棱长为2，则该多面体的表面积是( )
A．24(＋1) B．24＋6
C．48＋24 D．16＋8
答案 C
解析 边长为2的正方形的面积为2×2＝4，正六边形的面积为6××2×2×＝6，
又正方形有4个顶点，正六边形有6个顶点，该多面体共有24个顶点，
所以最多有6个正方形，最少有4个正六边形，1个正六边形与3个正方形相连，所以该多
面体有6个正方形，正六边形有6×4÷3＝8(个)．
所以该多面体的表面积是S＝8×6＋6×4＝48＋24.
(2)(2022·连云港模拟)如图是一个圆台的侧面展开图，若两个半圆的半径分别是1和2，则该
圆台的体积是( )A. B. C. D.
答案 B
解析 如图，设上底面的半径为r，下底面的半径为R，高为h，母线长为l，
则2πr＝π·1,2πR＝π·2，
解得r＝，R＝1，
l＝2－1＝1，
h＝＝＝，
上底面面积S′＝π·2＝，
下底面面积S＝π·12＝π，
则该圆台的体积为(S＋S′＋)h＝
××＝.
考点三 多面体与球
核心提炼
求空间多面体的外接球半径的常用方法
(1)补形法：侧面为直角三角形，或正四面体，或对棱均相等的模型，可以还原到正方体或
长方体中去求解；
(2)定义法：到各个顶点距离均相等的点为外接球的球心，借助有特殊性底面的外接圆圆心，
找其垂线，则球心一定在垂线上，再根据到其他顶点距离也是半径，列关系式求解即可．
例3 (1)(2022·烟台模拟)如图，三棱锥V－ABC中，VA⊥底面ABC，∠BAC＝90°，AB＝AC
＝VA＝2，则该三棱锥的内切球和外接球的半径之比为( )
A．(2－)∶1 B．(2－3)∶1
C．(－1)∶3 D．(－1)∶2
答案 C解析 因为VA⊥底面ABC，AB，AC⊂底面ABC，
所以VA⊥AB，VA⊥AC，
又因为∠BAC＝90°，
所以AB⊥AC，而AB＝AC＝VA＝2，
所以三条互相垂直且共顶点的棱，可以看成正方体中共顶点的长、宽、高，因此该三棱锥外
接球的半径
R＝×＝，
设该三棱锥的内切球的半径为r，
因为∠BAC＝90°，
所以BC＝＝＝2，
因为VA⊥AB，VA⊥AC，AB＝AC＝VA＝2，
所以VB＝VC＝＝＝2，
由三棱锥的体积公式可得，
3×××2×2·r＋××2×2×·r＝××2×2×2⇒r＝，
所以r∶R＝∶＝(－1)∶3.
(2)(2022·全国乙卷)已知球O的半径为1，四棱锥的顶点为O，底面的四个顶点均在球O的
球面上，则当该四棱锥的体积最大时，其高为( )
A. B. C. D.
答案 C
解析 该四棱锥的体积最大即以底面截球的圆面和顶点O组成的圆锥体积最大．
设圆锥的高为h(0
