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求旋转体体积
日期:2025-12-16
28. 求圆盘 绕直线 旋转一周所成旋转体的体积。
旋转体示意图
拖动滑块 可以调整圆盘半径,观察圆盘 的大小变化。
拖动滑块 可以调整圆心到旋转轴的距离,观察圆盘绕直线 旋转后形成的圆环体,也就是红色透明部分。
旋转轴是竖直直线 ,所以我们取与旋转轴垂直的切片,也就是取水平小条(固定 ,厚度 )。
这样每一条水平小条绕竖直轴旋转后,会形成一个圆环垫片(外圆减内圆)。
第二步:写出在固定 时,圆盘上对应的 范围
圆盘边界:。
固定一个 (满足 ),则
记
那么这一层水平线段在圆盘内的左右端点是
第三步:求旋转后圆环的外半径 与内半径
旋转轴是 ,而这一层线段最右端点是 ,最左端点是 。
- 外半径:从旋转轴 到最右端点 的距离
- 内半径:从旋转轴 到最左端点 的距离
这里 ,所以内半径确实为正,不会“穿过轴”。
第四步:写出该切片形成的圆环面积
圆环面积 = 外圆面积 − 内圆面积:
代入 :
展开计算:
相减:
所以
再把 代回去:
第五步:建立体积积分
体积 = 所有圆环垫片体积微元相加:
把常数提出:
第六步:计算积分
这个积分对应的几何意义是:曲线
在 上围成的面积,也就是半径为 的上半圆面积。
- 半径为 的整圆面积:
- 上半圆面积:
因此