本题导读
本题考查圆锥的几何性质,以及球的体积公式
📌【题干】
Question
(2020年全国卷III(理))15. 已知圆锥的底面半径为 1,母线长为 3,则该圆锥内半径最大的球的体积为 .
🔍【思路分析】
破题导航
1. 几何体还原与转化:
- “半径最大的球”即为该圆锥的内切球。
- 作圆锥的轴截面,得到一个等腰 。
底边 。
腰长 。
圆锥内切球的半径 ,等同于该等腰三角形内切圆的半径。
2. 计算三角形的特征量:
- 算出三角形的高 (即圆锥的高):利用勾股定理,。
- 算出三角形的面积 和周长的一半 。
3. 求解内切圆半径 :
- 利用面积法公式:(即三角形面积等于周长的一半乘以内切圆半径)。
4. 计算球体体积:
- 代入 得到最终结果。
✅【答案】
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✍【详细解析】
Abstract
【答案】
【解析过程】
分析轴截面 : 底边 ,腰 。 过顶点 作 于 ,则 为 中点,。 由勾股定理得圆锥的高 。
利用面积法求内切圆半径 : 的面积 。 的周长 。 设内切圆半径为 ,由 得: 。
计算球的体积:
故答案为:。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 轴截面法的威力: 凡是旋转体(圆柱、圆锥、圆台、球)的组合问题,优先考虑过轴的截面,将空间问题平坦化。
- 常用公式补充: 三角形内切圆半径 。此外,也可以利用角平分线定理或相似三角形(如 )来解,但面积法通常最稳。
- 易错点:
- 球的体积公式记错(漏掉 或 记成 )。
- 计算 时, 容易算错。建议写成 。
📖【试题探源与推广】
Tip
如果题目要求的是 “圆锥外接球的体积”,则需要寻找三角形外接圆的半径 。公式为 。在立体几何大题中,内切与外接是考察空间想象力的核心考点,掌握轴截面分析法即可“以不变应万变”。
🔗【关联脉络】
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