透過 MCP 連接 →

輸入計算

Constraint: 0 < h ≤ 2R. h = 2R gives the full sphere; h = R gives a hemisphere.

數學公式

Show calculation steps (3)
  1. Base Radius

    Base Radius: 球缺(截球)體積與表面積計算機

    radius of the flat circular face of the cap

  2. Curved Surface Area

    Curved Surface Area: 球缺(截球)體積與表面積計算機

    area of the dome (curved) surface only

  3. Total Surface Area

    Total Surface Area: 球缺(截球)體積與表面積計算機

    curved surface plus flat base, with base area = pi h (2R - h)

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結果

球缺體積
435.6342
cm³
球缺底面半徑 (a) 8 cm
曲面(球面)面積 251.3274 cm²
平面圓形底面積 201.0619 cm²
總表面積(曲面 + 底面) 452.3893 cm²

什麼是球缺?

球缺(又稱球冠,或只有一個底面的截球)指的是:用一個平面切過球體後,所保留下來的那塊較小的「切片」立體。它由球半徑 R 與球缺高度 h 來決定,h 即切平面到球冠頂點的距離。這是一個通用的幾何工具:相關公式在任何地方、任何長度單位下都完全適用。

球體的橫截面示意圖,切出一個球冠,標註 R、h 和底面半徑 a
球冠是用平面從球體上切出的圓頂部分。

使用方法

輸入球半徑 R 與球缺高度 h,再選擇一個長度單位(兩個輸入值與計算結果都會使用同一單位)。限制條件為 0 < h ≤ 2R:當 h = 2R 時,球缺就成為完整的球體;當 h = R 時,恰好是半球。計算機會回傳平面底面半徑 a、球缺體積、曲面(球面)面積、平面底面積,以及總表面積。

公式解析

底面半徑由直角三角形關係 a² = h(2R − h) 得出,因此 a = √(h(2R − h))。體積為 V = (πh²/3)(3R − h)。球缺的曲面面積為 S_曲面 = 2πRh,而平面圓形底面的面積為 S_底面 = πa² = πh(2R − h)。總表面積為兩者相加:S_總 = 2πRh + πh(2R − h)。

3D 圓頂形狀,顯示曲面、平坦圓形底面以及高度和底面半徑的標註
球冠有一個彎曲的(球面)曲面和一個平坦的圓形底面。

實例演算

設 R = 10 cm、h = 4 cm。則 a = √(4 × 16) = √64 = 8 cm。體積為 V = (π × 16/3)(30 − 4) = (416/3)π ≈ 435.63 cm³。曲面面積為 2π × 10 × 4 = 80π ≈ 251.33 cm²,底面積為 π × 64 = 64π ≈ 201.06 cm²,總表面積則為 144π ≈ 452.39 cm²。

常見問題

如果 h 等於 2R 會怎樣?此時球缺即為完整球體:V = (4/3)πR³,曲面面積 = 4πR²,底面半徑為 0。

如果 h 等於 R 會怎樣?會得到半球:V = (2/3)πR³,曲面面積 = 2πR²,且 a = R。

球缺高度可以超過直徑嗎?不行。切平面最多只能切下整個球體,因此 h 必須滿足 0 < h ≤ 2R;超出此範圍的數值將被拒絕。

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