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輸入計算

數學公式

Show calculation steps (4)
  1. Curved Surface Area

    Curved Surface Area: 球缺體積計算機

    Lateral (curved) surface area of the cap

  2. Base Area

    Base Area: 球缺體積計算機

    Area of the flat circular base of the cap

  3. Base Radius

    Base Radius: 球缺體積計算機

    Radius of the flat circular base of the cap

  4. Total Surface Area

    Total Surface Area: 球缺體積計算機

    Total area = curved surface area + base area

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結果

球缺體積
54.4543
立方單位
曲面(側面)面積 62.8319
底圓面積 50.2655
總表面積(曲面 + 底圓) 113.0973
底圓半徑 (a) 4

什麼是球缺?

球缺是用一個平面切割球體後,所截下的那一部分。它由球體的半徑 r 與球缺的高度 h(切割平面到球缺頂端的垂直距離)所決定。當 h 等於 r 時,球缺剛好是一個半球;當 h 等於 2r 時,則涵蓋了整顆球。

Cross-section of a sphere with a spherical cap sliced off by a flat plane
A spherical cap is the portion of a sphere cut off by a plane.

計算機怎麼用?

請以相同的單位輸入球體半徑與球缺高度。計算機會回傳球缺的體積、曲面(側面)面積、底部圓形的面積、總表面積,以及底圓的半徑。系統會自動將球缺高度限制在 0 到直徑 \(2r\) 之間,避免輸入不合理的數值。

公式詳解

體積為 $$V = \frac{\pi h^{2}}{3}\left(3r - h\right).$$ 曲面面積為 $$A = 2\pi r h.$$ 球缺的底部是一個圓,其半徑 \(a\) 滿足 \(a^{2} = h(2r - h)\),因此底圓面積為 \(\pi a^{2}\),而總表面積則等於曲面面積加上底圓面積。

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Spherical cap showing the curved surface, flat circular base and key dimensions
The cap's volume and areas depend on sphere radius r and cap height h.

範例演算

當 \(r = 5\)、\(h = 2\) 時:$$V = \frac{\pi \cdot 4}{3}(15 - 2) = \frac{4\pi}{3}\cdot 13 \approx 54.4543$$ 立方單位。曲面面積 \(= 2\pi\cdot 5\cdot 2 = 20\pi \approx 62.8319\)。底圓半徑 \(a = \sqrt{2\cdot 8} = 4\),因此底圓面積 \(= 16\pi \approx 50.2655\),總表面積 \(\approx 113.0973\)。

常見問題

如果 h = r 會怎樣?你會得到一個半球:以 \(r = 3\)、\(h = 3\) 為例,$$V = \frac{\pi \cdot 9}{3}(9 - 3) = 3\pi\cdot 6 = 18\pi \approx 56.5487.$$

使用什麼單位?任何一致的單位都可以——只要前後統一,體積會以立方單位呈現,面積則以平方單位呈現。

h 可以大於直徑嗎?不行。本工具會將 h 限制在最大值 \(2r\),也就是整顆球的範圍。

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