高中 · 经典拓展 · 祖暅原理

外形不同,体积能一样吗?

同半径同高度圆柱与横向层移柱。移动同一高度的切片,把直柱慢慢斜移。

问题的来处5世纪/17世纪 · 祖暅与卡瓦列里

等高切片:问题从哪里来?

中国数学中的祖暅原理与后来卡瓦列里的方法,都用截面理解体积。相似的思想在不同历史背景中发展,本页不把两人说成同一次发现。

读一段背景,带着问题动手

中国数学中的祖暅原理与后来卡瓦列里的方法,都用截面理解体积。相似的思想在不同历史背景中发展,本页不把两人说成同一次发现。

中国数学中的祖暅原理与后来卡瓦列里的方法,都用截面理解体积。相似的思想在不同历史背景中发展,本页不把两人说成同一次发现。 同半径同高度圆柱与横向层移柱。 只知道中间一层相等,能推出整体等体积吗?

现在,换你来试只改变层移量,在相同高度比较截面积和总体积。

故事出处与延伸阅读

等高切片

M02 / 立体几何
今天的问题

每一层都一样大,整体体积为什么不变?

独立探索要做什么?

只改变层移量,在相同高度比较截面积和总体积。

装置 · 尺寸示意,量值见读数看证据图 ↓
先看一次,再亲手试

从2到0 m逐步改变顶部侧移;这是条件比较,不是物理时间。暂停后可亲手调整。

尚未开始;也可直接使用装置旁的参数控件。
每一高度的水平截面相同 · 斜移不改变截面积切片高度 1 m
青色:柱体金线:同高切片读数:截面积与体积
看这里 · 两体体积9.4248 m³

切片高度 1 m,截面积 3.1416 m²,总体积 9.4248 m³。移动金色切片,再检验其他高度。

拖动旋转检查空间关系;正面、俯视可核对投影,读数按原构造计算。

当前切片高度
1 m
两体截面积
3.1416 m²
两体体积
9.4248 m³
该层横向位移
0.3333 m

祖暅原理:同高且每一对应高度截面积相等,体积才相等。仅一层截面相等不足以推断体积相等。

证据图 参考解随题设重算 · 不计个人完成

启用交互后显示带单位曲线。

换个条件,再想一步

只知道中间一层相等,能推出整体等体积吗?

先预测,再观察。反例不会替你完成独立任务。

留下两组证据

仅当前页保留最近两组,刷新清除;第三组替换最早一组。保存模型条件与单位;恢复后重算,不恢复任务完成资格。

先留一组,再改变一个条件。

从观察到解释

把证据带回纸上

展开关系与推导

每层面积πr²不变,体积∫₀ʰA(z)dz=πr²h。只验证少数高度不是一般证明;本模型的每层相等由构造保证。

固定哪些量?改变哪个量?列出两组数值,写出关系,再说明一个不能套用的条件。实验支持猜想,一般证明需要理由。

先预测,再用证据解释

把这次发现,留给下次的自己

每一层都一样大,整体体积为什么不变?

换个条件,再试一次

只知道中间一层相等,能推出整体等体积吗?

看哪里?

拖动旋转检查空间关系;正面、俯视可核对投影,读数按原构造计算。

回到装置再试 ↑

仅此浏览器保存最近两组,第三组替换最早一组。条件、预测和解释一起保存;文字不自动判分。与原实验的临时记录分别保存。

尚未保存。启用交互后可以记录;请勿在这里填写个人身份信息。

先修与两种探索深度

先认识祖暅原理涉及的量与单位:柱半径(m)、柱高(m)、顶部侧移(m)、切片高度(m)。高中 · 经典拓展为内容层次提示,未核对具体教材。

先看现象:移动同一高度的切片,把直柱慢慢斜移。

再做定量:保持其他条件,比较顶部侧移与两体体积(m³),再对照下方关系。

模型、来源与核验边界

每层面积πr²不变,体积∫₀ʰA(z)dz=πr²h。只验证少数高度不是一般证明;本模型的每层相等由构造保证。

对照核验提示:直柱:不做层移;斜柱:同样半径与高度。按这些题设自己操作并比较两体体积,不把参考情景当个人完成。

适用范围:祖暅原理:同高且每一对应高度截面积相等,体积才相等。仅一层截面相等不足以推断体积相等。

Britannica · Cavalieri’s principle(延伸阅读;链接和公式适用性尚需逐项外部复核) ↗

本页为模型探索,未认证具体教材章节;真实学生和教师反馈尚待推广后收集。