球体表面积是指球面所围成的几何体的面积,包括球面和球面所围成的空间。球体表面积的计算公式为 S = 4πr²,其中,r 是球的半径,π 是圆周率,约等于 3.14。
这个公式可以通过多种方法推导出来:
切片法:
将球体无限切割成均匀薄片,每一片的厚度为 dr,然后将这些薄片展开,近似为一个长方形,其底为 AB 弧长,高为圆环内圆周长。所有圆环面积之和即为球体表面积。
体积求导法:
将球体看作由 n 个高度为 dr 的薄层构成,每剥开一层,球体的体积就减少 dv。对球体体积函数 v(r) 求导,可得到球体表面积关于半径的函数 s(r),最终得到 S = 4πr²。
在实际应用中,如果已知球的直径 D,则可以通过公式 S = πD² 来计算表面积,因为 D = 2r。
例如,如果球的半径为 3 cm,则球体的表面积 S = 4πr² = 4 × 3.14 × 3² = 113.04 cm²。