周长、面积与立体 · 度量、单位、测量与工具方法

图形的度量、测量与基本画图

Geometric Measures, Measurement and Basic Drawing

本页目录周长、面积、表面积与体积

示意图帮助辨认条件,点名只作说明;图形和读数不能代替证明。

周长、面积、表面积与体积

使用条件:分别测量平面图形的边界、内部区域和立体所占空间。

周长:封闭平面图形的边界总长度叫作周长,使用长度单位。

面积:平面区域的大小叫作面积,使用平方单位。

表面积:立体表面各部分面积之和叫作表面积,使用平方单位。

体积与容积:立体所占空间的大小叫作体积;容器内部能够容纳的空间大小叫作容积,都使用体积单位,容积也常用升、毫升。

符号表达

周长:长度单位面积:平方单位体积:立方单位\begin{gathered}\text{周长:长度单位}\\\text{面积:平方单位}\\\text{体积:立方单位}\end{gathered}

长方形:长 4,宽 2

周长为 12,面积为 8。

正方形:边长 3

周长为 12,面积为 9。

周长测量边界的长度,面积测量区域的大小。这两幅图的周长相同,面积却不同。

理解时别漏掉:周长相等的图形面积不一定相等;体积相等的立体表面积也不一定相等。

单位与换算

长度、面积与体积单位

使用条件:换算同一种量,先确认长度、面积还是体积。

长度单位:常用长度单位有毫米、厘米、分米、米、千米;1 cm=10 mm,1 dm=10 cm,1 m=10 dm,1 km=1000 m。

面积与体积进率:若一个长度单位等于另一个长度单位的 k 倍,那么对应面积单位的换算倍数为 k²,对应体积单位的换算倍数为 k³。例如 1 m=100 cm,1 m²=10000 cm²,1 m³=1000000 cm³。

土地面积单位:1 公顷=10000 m²,1 km²=100 公顷。

容积单位:1 L=1 dm³,1 mL=1 cm³,1 L=1000 mL。

符号表达

1 L=1 dm3=1000 cm31\,\mathrm{L}=1\,\mathrm{dm}^3=1000\,\mathrm{cm}^3

面积:数一数单位小方格

边长 1 dm=10 cm 的正方形,每行有 10 个边长 1 cm 的小正方形,一共有 10 行。淡色小格的面积是 1 cm²,整块面积为 10×10=100 cm²,所以 1 dm²=100 cm²。

体积:每层 100 个,再叠 10 层

棱长 1 dm=10 cm 的正方体,每层厚 1 cm,放 10×10=100 个棱长 1 cm 的小立方体;共叠 10 层。淡色块表示一个 1 cm³ 小立方体,所以 1 dm³=100×10=1000 cm³。图为透视示意,斜边不能按画布长度测量。

长度换算只数一个方向,面积要数行与列,体积还要数层数。面积、体积单位的倍数由这些个数相乘得到。

怎样理解

以 1 dm=10 cm 为例:长度只需数一排的 10 段;面积把每行 10 格与 10 行相乘,得到 100 个 1 cm²;体积再乘 10 层,得到 1000 个 1 cm³。一般情况下,每个方向的长度都按同一个换算倍数 k 表示,面积的换算倍数为 k×k,体积的换算倍数为 k×k×k。不能把长度单位直接改写成面积或体积单位。

理解时别漏掉:面积单位的换算倍数不是长度单位的换算倍数。容积与体积都表示空间的大小,可用相同的体积单位计量;容积专指容器内部能够容纳的空间。

普通工具与纯尺规的区别

使用条件:先分清任务是普通测量、工具画图还是纯尺规作图。

测量工具与尺规:普通测量可用有刻度的尺、量角器和量筒;三角板可帮助画垂线、平行线。纯尺规作图只使用无刻度直尺和圆规,不用读刻度来取得长度或角度。

理解时别漏掉:下面是纸面工具操作步骤;配图为静态说明,测量结果不能替代几何证明。

怎样测量长度

使用条件:刻度及长度单位已明确;实际测量受器具精度限制。

刻度尺对准与读数:把物体的一端对准尺子的零刻度,尺边沿待测长度放正,视线正对刻度读取另一端位置,并写上长度单位。尺子的外边缘不一定就是零刻度。

非零起点读数:如果一端对准的不是零刻度,长度等于两个端点读数中较大的减较小的;两次读数须来自同一刻度、同一单位。

符号表达

a 为较小读数,b 为较大读数(b≥a),L 为长度。

L=b−aL=b-a

不是从零起量:要减去起读数

线段 AB 的两端对应 1 cm、4.2 cm,长度是 4.2−1=3.2 cm;刻度示意与图中端点位置一致。

怎样测角和画角

使用条件:量角器中心、零刻度和两套刻度必须辨清。

量角器对准:把量角器中心对准角的顶点,让零刻度线与角的一边重合;以量角器上印制的零刻度线为准,不要只对齐它的外轮廓。

量角器读数:从已对准的零刻度开始,沿同一套刻度读另一边所到的度数;内、外两圈不要混读。可先判断锐角或钝角,再检查读数是否合理。

按度数画角:先画一条射线并确定顶点,对准量角器中心与零刻度,标出指定度数的位置;移开量角器,从顶点经过标记作另一条射线。

从已对准的零刻度读:40°

OA 对准右侧外圈 0,OB 经过外圈 40、内圈 140 的刻线;应读 40°。两圈数字的单位都是度,不能混读。

用三角板画垂线和平行线

使用条件:给定直线和指定点;滑动时保持三角板方向不变。

三角板作垂线:让三角板的一条直角边贴合已知直线,沿直线移动到另一条直角边经过指定点,再沿该直角边画直线;必要时配合直尺滑动。

三角板作平行线:让三角板的一条边先与已知直线重合,用直尺贴住三角板另一边作导向;保持角度不变滑动三角板,直到原来那条边经过指定点,再沿它画线。

用三角板的直角画垂线

三角板的一条直角边贴合已知直线,另一条经过 P;沿它画出的整条直线垂直于已知线。

沿导向尺滑动,保持方向

虚线三角板是初始位置,实线是滑到 P 后的位置;左侧导向尺保持板的角度,原边与新边方向相同。

用方格估计面积

使用条件:格子的面积单位已指定。

方格估面积:先确定每个小方格代表的面积。数出完全落在图形内的格子,再估计边界上的部分格;可用“整格数”与“整格加所有边界格数”给出一个粗略范围,估计不是精确证明。

数整格与边界格,不把估计当证明

每格 1 cm²。三格完全在图内,六格只覆盖一部分,给出 3 至 9 cm² 的粗范围。本例能用三角形面积公式精算为 6 cm²,方便核对估计。

理解时别漏掉:这是粗略估计范围,不是求精确面积的证明;规则图形应优先用适用公式。

用排水法测量体积

使用条件:物体不吸水、不溶解、完全浸没,读数时无溢失或其他新增浸入物。

排水法测体积:读出水的初始体积,把不吸水、不溶解的实心物体完全浸没,再读总体积;没有溢失且没有其他新增浸入物时,两次体积读数之差等于物体体积。只部分浸没时,得到的只是浸入部分排开的体积。

水位差与体积:若容器的水平横截面积始终是同一个 S,水位由 h₁ 升到 h₂,对应的体积为 S·(h₂−h₁)。容器上下宽窄不同时不能直接用某一个底面积乘水位差,应读取体积刻度或另行计算。

符号表达

V₁、V₂ 是前后体积读数;h₁、h₂ 是水位高度。

V=V2−V1横截面积恒为 S 时:V=S(h2−h1)\begin{gathered}V=V_2-V_1\\\text{横截面积恒为 S 时:}\\V=S(h_2-h_1)\end{gathered}

完全浸没、没有溢水,再取体积差

同一量筒由 30 mL 变为 50 mL,体积差为 20 mL=20 cm³。物体不吸水、不溶解,已完全浸没;器具外形只是示意,读的是体积刻度。