初中直观 · 高中论证拓展 · 立体几何 · 球与截面

切平面远离球心,截面会怎样缩小?

球半径R,平面距球心d;d>R时无交集,不把虚数半径画成圆。向外移动切平面,观察截圆收缩。

问题的来处阿基米德以来 · 球与平面截面

球的截面:问题从哪里来?

球的体积和表面积是阿基米德的重要研究对象。把球切成许多平面截面,也给后来用切片比较体积提供了直观入口。

读一段背景,带着问题动手

球的体积和表面积是阿基米德的重要研究对象。把球切成许多平面截面,也给后来用切片比较体积提供了直观入口。

每个非退化截面都是圆,半径由球心到平面的距离决定。先看空间位置,再用直角三角形推导截面半径。

现在,换你来试向外移动切平面,观察截圆收缩。 固定其他条件,亲手将平面距球心分别设为0.5和1.5,各核验一次;截面半径与平面位移是线性关系吗?

球的截面

M23 / 立体几何
今天的问题

截面半径与平面位移是线性关系吗?

独立探索要做什么?

向外移动切平面,观察截圆收缩。 固定其他条件,亲手将平面距球心分别设为0.5和1.5,各核验一次;截面半径与平面位移是线性关系吗?

装置 · 尺寸示意,量值见读数看证据图 ↓
先看一次,再亲手试

从3到0 逐步改变平面距球心;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。
蓝球:球面金面:切平面青环:真实截圆
看这里 · 截圆面积11.781

截圆半径1.9365,面积11.7810。

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。

截圆面积
11.781
截圆半径
1.9365

截圆半径1.9365,面积11.7810。

证据图 参考解随题设重算 · 不计个人完成

本实验以装置几何与上方读数作为证据。

换个条件,再想一步

平面移到球外时,还存在截面圆吗?

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

截圆半径r=√(R²−d²);面积π(R²−d²),条件0≤d≤R。

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

截面半径与平面位移是线性关系吗?

换个条件,再试一次

平面移到球外时,还存在截面圆吗?

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

先认识立体几何 · 球与截面涉及的量与单位:平面距球心(无量纲)、球半径(无量纲)。初中直观 · 高中论证拓展为内容层次提示,未核对具体教材。

先看现象:向外移动切平面,观察截圆收缩。

再做定量:保持其他条件,比较平面距球心与截圆面积(无量纲),再对照下方关系。

模型、来源与核验边界

截圆半径r=√(R²−d²);面积π(R²−d²),条件0≤d≤R。

对照核验提示:靠近球心:平面距球心 0.5 ;远离球心:只改变平面距球心 1.5 。按这些题设自己操作并比较截圆面积,不把参考情景当个人完成。

适用范围:截圆半径1.9365,面积11.7810。

Wolfram MathWorld · 相关词条(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。