歡迎來到面積與體積嘅世界!

各位同學!準備好探索二維同三維圖形嘅奇妙世界未呀?喺呢一章,我哋將會學習面積同體積。你可能會諗:「點解呢個咁重要嘅呢?」其實,你隨時都會用到呢啲概念㗎!

• 你有冇諗過粉刷你睡房嘅牆身要幾多油漆?呢個就係面積喇!

• 你有冇諗過一罐汽水可以裝幾多水?呢個就係體積喇!

了解呢啲概念會幫助你解決現實生活嘅問題。各位同學唔使擔心,就算一開始覺得有啲難——我哋都會一步步、簡簡單單咁拆解佢。咁我哋就開始啦!


第一部分:圓形嘅樂趣 — 弧同扇形

唔好講咁多,不如我哋由大家最鍾意嘅薄餅(Pizza)開始啦!一個薄餅就係一個圓形。當你拎起一塊薄餅時,你其實係創造咗一個扇形。而嗰塊薄餅邊,我哋就叫做

咩係弧長?

只不過係圓周(圓嘅邊緣)嘅一部分。弧長就係沿住嗰條彎曲邊緣嘅長度。

要搵出佢,我哋只需要知道我哋嘅弧佔成個圓形嘅幾分之幾。我哋會用圓心角嚟計算呢個比例。

公式:

想像一下,成個圓形有360度。如果我哋塊薄餅(扇形)嘅角度係θ(讀音:theta / 梯打),咁呢個圓形嘅部分就係 $$ \frac{\theta}{360} $$。

所以,弧長嘅公式係:

$$ \text{Arc Length} = \frac{\theta}{360^\circ} \times 2 \pi r $$

當中:
θ 係扇形嘅角度(用度數表示)。
r 係圓形嘅半徑。
π 係圓周率(通常用3.14或22/7)。

咩係扇形面積?

扇形就係嗰「一塊」—— 整個圓形面積嘅一部分,好似一塊薄餅或者批咁。

同弧長一樣,我哋都係用角度嚟搵出呢塊扇形佔成個圓形面積嘅幾分之幾。

公式:
$$ \text{Area of Sector} = \frac{\theta}{360^\circ} \times \pi r^2 $$

當中:
θ 係扇形嘅角度(用度數表示)。
r 係圓形嘅半徑。

分步例子:
想像你有一塊半徑為10厘米、角度為60°嘅薄餅。

1. 搵出弧長(薄餅邊):

$$ \text{Arc Length} = \frac{60^\circ}{360^\circ} \times 2 \times \pi \times 10 $$ $$ \text{Arc Length} = \frac{1}{6} \times 20 \pi $$ $$ \text{Arc Length} = \frac{10}{3} \pi \text{ cm} \approx 10.47 \text{ cm} $$

2. 搵出扇形面積(薄餅塊):

$$ \text{Area of Sector} = \frac{60^\circ}{360^\circ} \times \pi \times (10)^2 $$ $$ \text{Area of Sector} = \frac{1}{6} \times 100 \pi $$ $$ \text{Area of Sector} = \frac{50}{3} \pi \text{ cm}^2 \approx 52.36 \text{ cm}^2 $$
重點提示:

想搵弧長或者扇形面積,只要用圓心角 $$ \frac{\theta}{360} $$ 搵出佢佔成個圓形嘅比例,再乘以整個圓周或整個圓形面積嘅公式就得喇!


第二部分:認識我哋嘅立體朋友

依家我哋由平面圖形轉去立體圖形啦!呢啲就係你可以拎上手嘅實物。根據課程大綱,我哋要認識幾種主要嘅形狀家族。

角柱體同圓柱體: 你可以想像佢哋係可以「疊起」嘅形狀。佢哋有兩個完全相同嘅「底」(又叫底面)同直身嘅側面。
例子:一個粟米片盒(長方角柱體)、一個三角朱古力盒(三角角柱體)、一罐罐頭湯(圓柱體)。

角錐體同圓錐體: 呢啲形狀有一個底面,同埋向上收窄到頂部一個單點(叫做頂點)。
例子:埃及嘅金字塔(四角錐體)、一個雪糕筒。

球體: 一個完美嘅圓球。
例子:一個籃球、一個行星。

你知唔知?嚴格嚟講,圓柱體並唔係角柱體,圓錐體亦都唔係角錐體,因為佢哋嘅底面係圓形而唔係多邊形。但係佢哋嘅特性非常相似,所以好多時我哋都會將佢哋歸類為一組!


第三部分:裡面有幾多空間?(體積)

體積係用嚟量度一個立體物件佔用幾多空間。想像一下,你可以喺一個物件裡面裝到幾多水、沙或者空氣。

角柱體同圓柱體嘅體積

呢個係最容易記住嘅一個!個概念好簡單:搵出底面面積,然後乘以高度。

記憶小貼士:想像一下疊起一疊相同嘅紙張。一張紙嘅面積就係底面面積,紙疊嘅高度就係物件嘅高度。佢佔用嘅總空間就係體積!

通用公式:
$$ V = \text{Area of Base} \times h $$

特定公式:
• 對於圓柱體(底面係圓形): $$ V = (\pi r^2) \times h = \pi r^2 h $$ • 對於長方角柱體(底面係長方形): $$ V = (l \times w) \times h = lwh $$ • 對於三角角柱體(底面係三角形): $$ V = (\frac{1}{2} b h_{triangle}) \times H_{prism} $$

角錐體同圓錐體嘅體積

講個有趣嘅事實俾你聽:角錐體或圓錐體嘅體積,正好係同底同高嘅「原身」角柱體或圓柱體體積嘅三分之一 (1/3)

通用公式:
$$ V = \frac{1}{3} \times \text{Area of Base} \times h $$

特定公式:
• 對於圓錐體: $$ V = \frac{1}{3} \pi r^2 h $$ • 對於角錐體: $$ V = \frac{1}{3} \times (\text{Base Area}) \times h $$

球體嘅體積

球體體積嘅公式有啲特別。冇簡單方法解釋佢嘅由來,除非用到更高階嘅數學知識,所以依家我哋只需要學習並應用佢!

公式:
$$ V = \frac{4}{3} \pi r^3 $$

常見錯誤警報!注意!半徑係立方 ($$r^3$$),而唔係好似面積公式咁係平方 ($$r^2$$)。呢個係一個好常見嘅錯誤嚟㗎,所以要小心!

重點提示:

角柱體/圓柱體: 底面面積 × 高度。
角錐體/圓錐體: 佢只不過係同底同高嘅角柱體或圓柱體體積嘅三分之一!
球體: 記住嗰個特別公式,有 $$ \frac{4}{3} $$ 同埋 $$ r^3 $$ 㗎!


第四部分:要用幾多包裝紙?(表面面積)

表面面積係一個立體物件所有面或表面嘅總面積。想像一下你想包一份禮物——你需要嘅包裝紙數量就係禮物嘅表面面積。

角柱體同圓柱體嘅表面面積

要搵出表面面積,我哋會將形狀「打開」(想像佢嘅展開圖),然後加起所有部分嘅面積。

長方角柱體: 佢有6個長方形面。加起所有六個面嘅面積:頂、底、前、後、左、右。 $$ SA = 2(lw + lh + wh) $$

圓柱體: 呢個幾有趣㗎!你有兩個圓形底面(頂同底)同一個彎曲嘅側面。如果你將個彎曲側面打開,佢就會變成一個長方形!
- 長方形嘅高度就係圓柱體嘅高度 (h)。
- 長方形嘅闊度就係圓形嘅圓周 ($$2\pi r$$)。 $$ SA = \text{Area of 2 circles} + \text{Area of curved side} $$ $$ SA = 2(\pi r^2) + (2\pi r h) $$

角錐體同圓錐體嘅表面面積

呢度有個新概念:斜高 (l)

高度 (h) 係由頂點垂直落到底面中心嘅距離。
斜高 (l) 係沿住形狀嘅外表面量度嘅長度。

如果你知道實際高度同半徑,你通常可以用畢氏定理搵出斜高:$$ l^2 = h^2 + r^2 $$。

圓錐體: 表面面積係圓形底面嘅面積加上彎曲頂部嘅面積。
$$ SA = \text{Area of Base} + \text{Area of Curved Surface} $$ $$ SA = \pi r^2 + \pi r l $$

常見錯誤警報!記住,喺計算曲面面積時,永遠要用斜高 (l),而唔係垂直高度 (h)!

角錐體: 表面面積係底面面積加上所有側面三角形面嘅面積。
$$ SA = \text{Area of Base} + \text{Area of all triangular faces} $$

球體嘅表面面積

呢個係另一個要學習嘅特別公式。

公式:
$$ SA = 4 \pi r^2 $$

你知唔知?一個球體嘅表面面積正好係相同半徑圓形面積嘅四倍!就好似一個籃球嘅表面面積,啱啱好可以鋪滿四個同大細嘅平面圓形咁!

重點提示:

表面面積就係搵出物件「外皮」嘅面積。將形狀拆解成佢嘅平面部分(圓形、長方形、三角形),搵出每個部分嘅面積,再將佢哋全部加起嚟就得喇。


第五部分:進階形狀 — 平截頭體同複合圖形

複合圖形

呢啲係由兩個或以上簡單形狀組合而成嘅物件。想像一支火箭(一個圓柱體上面加一個圓錐體)或者一個雪糕球放喺雪糕筒上面。

策略:
1. 將物件拆解成佢嘅簡單形狀。
2. 分別計算每個形狀嘅體積或表面面積。
3. 將佢哋加起嚟就得喇!

表面面積要注意!當你將唔同形狀組合埋一齊時,有啲表面會被「隱藏」。唔好計算被遮蓋住嘅表面面積!例如,對於火箭嚟講,你就唔會計算圓柱體頂部嘅圓形或者圓錐體底部嘅圓形。

咩係平截頭體?

平截頭體係當你用一個平行於底面嘅切割,將一個角錐體或圓錐體嘅頂部切走之後,剩低嘅部分。想像一個水桶、一個燈罩,或者一個俾人切走尖頂嘅交通錐。

點樣搵平截頭體嘅體積:

呢個睇落好難,但其實個概念好簡單:用減法!

步驟1: 想像被切割前,完整嘅角錐體或圓錐體。

步驟2: 計算呢個大嘅、原始形狀嘅體積。

步驟3: 計算被切走嘅小角錐體/圓錐體嘅體積。

步驟4: 用大體積減去小體積。

$$ V_{\text{frustum}} = V_{\text{big cone}} - V_{\text{small cone}} $$

你通常需要運用相似三角形嘅概念,嚟搵出被移除嘅小圓錐體嘅高度。


第六部分:相似圖形與比例縮放

相似圖形係指形狀完全相同但大細唔同嘅物件。想像一架玩具車同佢真實版嘅汽車。

當你改變一個形狀嘅大細時,佢嘅面積同體積會以一種可預測嘅方式改變。假設我哋有兩個相似形狀,而佢哋長度(例如高度或半徑)嘅比例係 k

$$ \text{長度比例} = \frac{L_2}{L_1} = k $$

面積點樣變化:

如果你將一個形狀嘅長度加倍,佢嘅面積就會大足足四倍!面積會隨長度比例嘅平方而改變。

$$ \text{面積比例} = \frac{A_2}{A_1} = k^2 $$

體積點樣變化:

如果你將一個形狀嘅長度加倍,佢嘅體積就會大足足八倍!體積會隨長度比例嘅立方而改變。

$$ \text{體積比例} = \frac{V_2}{V_1} = k^3 $$
分步例子:
兩個球體相似。球體A嘅半徑係2厘米,球體B嘅半徑係6厘米。

1. 搵出長度比例 (k):

$$ k = \frac{\text{球體B半徑}}{\text{球體A半徑}} = \frac{6}{2} = 3 $$

2. 搵出佢哋表面面積嘅比例:

$$ \text{面積比例} = k^2 = 3^2 = 9 $$

呢個意思係球體B嘅表面面積比球體A大9倍。

3. 搵出佢哋體積嘅比例:

$$ \text{體積比例} = k^3 = 3^3 = 27 $$

呢個意思係球體B嘅體積比球體A大27倍!

重點提示:

對於相似形狀,如果長度比例係 k
• 面積比例係
• 體積比例係
呢個係解決問題嘅一個強大捷徑!