Bài 31: Hình trụ và Hình nón
🛢️ Thùng Nước Trụ & Chiếc Nón Lá Truyền Thống
Trong đời sống và sản xuất, chúng ta bắt gặp hai hình khối tròn xoay vô cùng quen thuộc:
- Hình trụ: Thùng phuy chứa xăng dầu, lon nước ngọt, đường ống dẫn nước, trụ bê tông cầu đường.
- Hình nón: Chiếc nón lá Việt Nam, phễu rót nhiên liệu, mui lều cắm trại, mũ sinh nhật.
Về mặt hình học 3D:
- Quay một hình chữ nhật quanh 1 cạnh cố định ta được Hình trụ.
- Quay một tam giác vuông quanh 1 cạnh góc vuông cố định ta được Hình nón!
📖 1. Hình Trụ (Cylinder)
1. Khái niệm:
- Quay hình chữ nhật một vòng quanh cạnh cố định , ta được một hình trụ.
- Cạnh làm trục ().
- quét nên mặt xung quanh. và quét nên 2 hình tròn đáy bằng nhau bán kính .
2. Các công thức tính:
- Diện tích xung quanh:
- Diện tích toàn phần:
- Thể tích khối trụ:
3 Ví dụ minh họa Hình Trụ:
-
Ví dụ 1: Tính và của lon sữa hình trụ có bán kính đáy và chiều cao .
- Giải: .
.
.
- Giải: .
-
Ví dụ 2: Thể tích một thùng phuy cồn hình trụ là . Biết chiều cao . Tính bán kính đáy .
- Giải: .
-
Ví dụ 3: Thiết diện qua trục của một hình trụ là một hình vuông có cạnh . Tính và .
- Giải: Thiết diện qua trục là hình chữ nhật kích thước .
Vì là hình vuông và .
. .
- Giải: Thiết diện qua trục là hình chữ nhật kích thước .
📖 2. Hình Nón (Cone)
1. Khái niệm:
- Quay tam giác vuông một vòng quanh cạnh góc vuông cố định, ta được một hình nón.
- là đỉnh, là trục (chiều cao ), là bán kính đáy.
- Cạnh huyền quét nên mặt xung quanh, gọi là đường sinh:
2. Các công thức tính:
- Diện tích xung quanh:
- Diện tích toàn phần:
- Thể tích khối nón:
3 Ví dụ minh họa Hình Nón:
-
Ví dụ 1: Tính và của hình nón có bán kính đáy và chiều cao .
- Giải: Đường sinh .
.
.
.
- Giải: Đường sinh .
-
Ví dụ 2: Chiếc nón lá truyền thống có đường kính đáy () và chiều cao . Tính diện tích lá cọ lợp nón ().
- Giải: .
Diện tích lá cọ .
- Giải: .
-
Ví dụ 3: Khai triển mặt xung quanh của một hình nón thu được một hình quạt tròn bán kính có góc ở tâm \theta = 120^^\circ. Tính bán kính đáy của hình nón.
- Giải: Độ dài cung quạt tròn khai triển bằng chu vi đáy hình nón:
\frac{\theta}{360^^\circ} \cdot 2\pi l = 2\pi R \Rightarrow R = l \cdot \frac{\theta}{360^^\circ} = 12 \cdot \frac{120^^\circ}{360^^\circ} = 4\text{ cm}.
- Giải: Độ dài cung quạt tròn khai triển bằng chu vi đáy hình nón:
🎯 5 Dạng toán & Phương pháp giải chi tiết
Dạng 1: Bài toán Hình Trụ cơ bản (Tính )
- Phương pháp: Xác định hai đại lượng nền tảng và .
-
Ví dụ 1: Cho hình trụ có chu vi đáy và diện tích xung quanh . Tính và thể tích .
- Lời giải: .
.
.
- Lời giải: .
-
Ví dụ 2: Một ống cống bê tông hình trụ dài , đường kính trong , độ dày thành cống . Tính thể tích bê tông đúc cống.
- Lời giải: .
.
- Lời giải: .
-
Ví dụ 3: Tính diện tích tôn làm thùng phuy hình trụ có nắp ().
- Lời giải: .
Dạng 2: Bài toán Hình Nón cơ bản (Bộ ba )
- Phương pháp: Sử dụng công thức Pythagore để tìm đại lượng còn thiếu.
-
Ví dụ 1: Cho hình nón có đường sinh , bán kính đáy . Tính và .
- Lời giải: .
.
.
- Lời giải: .
-
Ví dụ 2: Cho hình nón có thể tích và chiều cao . Tính diện tích toàn phần .
- Lời giải: .
.
- Lời giải: .
-
Ví dụ 3: Góc ở đỉnh của hình nón là \widehat{ASB} = 60^^\circ, đường sinh . Tính và .
- Lời giải: Thiết diện qua trục cân tại có góc đỉnh 60^^\circ \Rightarrow \Delta SAB đều cạnh .
Đường kính . Chiều cao .
.
- Lời giải: Thiết diện qua trục cân tại có góc đỉnh 60^^\circ \Rightarrow \Delta SAB đều cạnh .
Dạng 3: Bài toán Thiết diện Qua Trục của Hình Trụ và Hình Nón
- Phương pháp:
- Thiết diện qua trục Hình Trụ là hình chữ nhật kích thước .
- Thiết diện qua trục Hình Nón là tam giác cân đỉnh , đáy , hai cạnh bên .
-
Ví dụ 1: Thiết diện qua trục của một hình trụ có diện tích là và chiều cao . Tính thể tích khối trụ.
- Lời giải: .
.
- Lời giải: .
-
Ví dụ 2: Thiết diện qua trục của một hình nón là một tam giác vuông cân có cạnh huyền . Tính và .
- Lời giải: .
Tam giác vuông cân có chiều cao và đường sinh .
.
.
- Lời giải: .
-
Ví dụ 3: Tam giác thiết diện qua trục của hình nón là tam giác đều diện tích . Tính thể tích hình nón.
- Lời giải: ().
.
- Lời giải: ().
Dạng 4: Bài toán Khai triển Mặt Xung quanh và Tỉ số Thể tích
- Phương pháp: Công thức quạt tròn khai triển R = l \cdot \frac{\theta}{360^^\circ}. Tỉ số thể tích khi thay đổi kích thước.
-
Ví dụ 1: Một tấm tôn hình quạt tròn bán kính , góc ở tâm \theta = 120^^\circ. Người ta cuộn lại thành một chiếc phễu hình nón. Tính bán kính đáy và thể tích phễu.
- Lời giải: Đường sinh . Bán kính đáy .
.
.
- Lời giải: Đường sinh . Bán kính đáy .
-
Ví dụ 2: Nếu chiều cao của hình nón tăng gấp 3 và bán kính đáy giảm 2 lần thì thể tích khối nón thay đổi như thế nào?
- Lời giải: . . Thể tích giảm còn so với ban đầu.
-
Ví dụ 3: Tính góc ở tâm của quạt tròn khai triển hình nón có .
- Lời giải: . \theta = \frac{R}{l} \times 360^^\circ = \frac{6}{10} \times 360^^\circ = 216^^\circ.
Dạng 5: Bài toán Vận dụng Thực tế Đời sống & Kỹ thuật
- Phương pháp: Đổi đơn vị chính xác ().
-
Ví dụ 1 (Tháp Nước Công Nghiệp): Một bồn chứa nước hình trụ có bán kính đáy và chiều cao . Bồn chứa được tối đa bao nhiêu mét khối nước và bao nhiêu lít nước? (Lấy ).
- Lời giải: .
.
- Lời giải: .
-
Ví dụ 2 (Nón LáMay Mặc): Người ta làm 100 chiếc nón lá hình nón (). Tính tổng diện tích lá cọ tối thiểu cần dùng ().
- Lời giải: .
Tổng diện tích 100 nón .
- Lời giải: .
-
Ví dụ 3 (Ly Kem Ốc Quế): Một ly kem ốc quế hình nón có bán kính miệng , chiều cao . Thể tích kem chứa đầy ly là bao nhiêu ?
- Lời giải: .
🌍 3 Bài toán ứng dụng đời sống thực tế
Bài toán 1 (Bồn Chứa Xăng Dầu Hình Trụ):
Một cây xăng lắp đặt một bồn chứa xăng ngầm hình trụ nằm ngang dài , đường kính đáy ().
a) Tính thể tích tối đa xăng bồn chứa được ( và lít).
b) Tính diện tích thép tấm chống gỉ để bọc xung quanh mặt ngoài bồn ().
Bài toán 2 (Sản Xuất Nón Lá Nghệ Thuật):
Một làng nghề thủ công sản xuất nón lá xuất khẩu với kích thước chiếc nón có đường kính đáy và chiều cao .
a) Tính độ dài đường sinh của chiếc nón lá.
b) Tính diện tích lá cọ cần dùng để làm 500 chiếc nón lá ().
Bài toán 3 (Công Nghiệp Bao Bì Cốc Giấy Nón):
Một công ty bao bì sản xuất cốc giấy uống nước dùng 1 lần hình nón không nắp có đường kính miệng () và đường sinh .
a) Tính diện tích giấy để sản xuất 1000 chiếc cốc giấy (bỏ qua mép dán).
b) Tính dung tích nước tối đa () chứa trong chiếc cốc đó.
📌 Hướng dẫn: Máy tính hình học 3D dưới đây giúp bạn tính toán diện tích xung quanh, toàn phần và thể tích hình trụ, hình nón sinh động!
Máy Tính Không Gian 3D (Trụ - Nón - Cầu)
📊 Kết Quả Tính Toán:
Trọng tâm kiến thức Bài 31:
- Hình Trụ: , , .
- Hình Nón: , , , .
- Đổi đơn vị: .
Công thức tính thể tích của hình trụ có bán kính đáy và chiều cao là:
📝 Bài tập tự luận
Bài 1: Cho hình trụ có bán kính đáy và chiều cao . Tính và khi:
a)
b)
c) Đường kính đáy
d) Chu vi đáy
e) , diện tích xung quanh (tính )
f) , thể tích (tính )
Bài 2: Cho hình nón có bán kính đáy , chiều cao và đường sinh . Tính các đại lượng còn thiếu () khi:
a)
b)
c)
d) Đường kính đáy
e) (tính )
f) (tính )
Bài 3: Xét các hình cắt (thiết diện qua trục):
a) Thiết diện qua trục của hình trụ là hình vuông cạnh . Tính và .
b) Thiết diện qua trục của hình trụ là hình chữ nhật kích thước (với ). Tính .
c) Thiết diện qua trục của hình nón là tam giác đều cạnh . Tính và .
d) Thiết diện qua trục của hình nón là tam giác vuông cân có cạnh góc vuông . Tính và .
e) Tam giác thiết diện qua trục của hình nón có diện tích và chiều cao . Tính .
f) Hình trụ có diện tích thiết diện qua trục bằng và . Tính .
Bài 4: Một chiếc thùng phuy chứa sơn hình trụ có bán kính đáy , chiều cao .
a) Tính diện tích tôn cần dùng để gò chiếc thùng đó (thùng có nắp kín).
b) Thùng chứa tối đa bao nhiêu lít sơn?
Bài 5: Chiếc nón lá Huế có đường kính đáy , chiều cao .
a) Tính độ dài đường sinh của chiếc nón lá.
b) Tính diện tích lá cọ phủ trên nón lá.
Bài 6: Cho tam giác vuông tại có . Quay tam giác một vòng quanh cạnh cố định thu được một hình nón.
a) Xác định bán kính đáy , chiều cao và đường sinh của hình nón.
b) Tính diện tích xung quanh và thể tích của khối nón.
Bài 7: Quay hình chữ nhật có một vòng quanh cạnh cố định.
a) Tính diện tích xung quanh và thể tích của hình trụ tạo thành.
b) Nếu quay quanh cạnh cố định thì thể tích thay đổi như thế nào?
Bài 8: Khai triển mặt xung quanh một hình nón thu được một hình quạt tròn bán kính có góc ở tâm \theta = 216^^\circ.
a) Tính bán kính đáy của hình nón.
b) Tính chiều cao và thể tích của khối nón.
Bài 9 (Thực tế): Một tháp làm mát nhà máy nhiệt điện có dạng hình trụ cao , đường kính đáy . Tính thể tích không khí lưu thông bên trong tháp làm mát.
Bài 10 (Thực tế): Một chiếc phễu bằng inox dùng để rót chất lỏng có dạng hình nón không nắp với đường kính miệng , chiều cao .
a) Tính diện tích inox làm phễu ().
b) Phễu chứa được tối đa bao nhiêu chất lỏng?
📊 Lời giải chi tiết 10 bài tập tự luận
Bài 1:
a) .
b) .
c) .
d) .
e) .
f) .
Bài 2:
a) .
b) .
c) .
d) .
e) .
f) .
Bài 3:
a) .
b) .
c) .
d) Tam giác vuông cân cạnh .
e) .
f) .
Bài 4:
a) .
b) .
Bài 5:
.
a) .
b) .
Bài 6:
Quay quanh :
a) Bán kính đáy , chiều cao , đường sinh .
b) . .
Bài 7:
Quay quanh :
a) . . .
b) Quay quanh : .
Tỉ số lần.
Bài 8:
a) Bán kính đáy R = l \cdot \frac{\theta}{360^^\circ} = 15 \times \frac{216}{360} = 9\text{ cm}.
b) Chiều cao . Thể tích .
Bài 9:
.
Thể tích không khí .
Bài 10:
.
a) Diện tích inox .
b) Thể tích chứa .