文/张文珠

本章“圆锥的侧面积”涉及立体几何的知识。通过学习,我们会发现立体几何的学习方法就是将立体图形平面化,经历化繁为简、化难为易、化未知为已知的过程,从而达到解决问题的目的。下面,我们通过对教材例题的解读,感受立体图形“平面化”的魅力。

(苏科版数学教材九年级上册第86页例题)用铁皮制作的圆锥形容器盖如图1 所示,求这个容器盖铁皮的面积(精确到1cm2)。

图1

与求弧长和扇形面积不同,圆锥的侧面积并没有一个明确的公式,只是经历了一个“平面化”的过程。如图2,我们将圆锥侧面展开成一个扇形,用扇形的面积公式(l为扇形弧长,R为扇形半径)来求圆锥侧面积。从图2 中我们可以发现两个等量关系:①圆锥底面圆周长=扇形弧长(2πr=l);②圆锥母线=扇形半径(R=R)。利用这两个等量关系,能推导出圆锥侧面积公式S=πrR(r为圆锥底面圆半径,R为圆锥母线)。但教材上并没有直接用推导出的圆锥侧面积公式来求解,而是先求出圆锥底面圆周长,再用扇形面积公式求解。这便是我们要学习的知识的本质,不受限于现成的公式,而是在扇形这一中心知识点的基础上举一反三,用立体图形“平面化”来转化。

图2

图3

(1)求这个扇形的面积(结果保留π);

(2)若用剪得的扇形纸片围成一个圆锥的侧面,能否从剪下的3 块余料中选取一块,剪出一个圆作为这个圆锥的底面?

在第(1)问中,扇形面积的计算基于圆的性质、勾股定理等知识,拓展了知识应用;第(2)问属于圆锥侧面与底面“是否匹配”类问题,通过“平面化”后,就是探索“圆锥底面圆周长=扇形弧长”是否成立。在这里,除了显性的知识点,更为可贵的就是隐性方法的提炼和总结:借助类比法将立体几何与平面几何中基本元素的对应关系、等量关系等衔接起来,借助转化法使立体几何与平面几何的衔接更加完善。

中考链接(2021·湖南邵阳)某种冰激凌的外包装可以视为圆锥,它的底面圆直径ED与母线AD长之比为1∶2。制作这种外包装需要用如图4 所示的等腰三角形材料,其中AB=AC,AD⊥BC。将扇形AEF围成圆锥时,AE、AF恰好重合。

图4

(1)求这种加工材料的顶角∠BAC的大小;

(2)若圆锥底面圆的直径ED为5cm,求加工材料剩余部分(图中阴影部分)的面积(结果保留π)。

解:(1)设∠BAC=n°。

∴n=90。∴∠BAC=90°。

(2)∵DE=5,∴AD=2DE=10cm。

在等腰直角三角形ABC中,AD⊥BC,∴BC=2AD=20cm。

从立体到平面,化复杂为简单;从教材到中考,化知识为能力。同学们要在立体图形“平面化”的过程中,寻找立体几何与平面几何在知识点、思想方法上的关联点并进行转化,进而在生活中不断提升自己“用数学”的能力。