[难点突破]
本小节重点内容是球面和球体的有关概念、性质与计算公式,根据新考试大纲的要求,球冠和球缺的概念只要求了解。
学习时应注意球面与球体的区别:半圆以它的直径为旋转轴,旋转所成的曲面叫做球面,球面所围成的几何体叫做球体。
“用一个平面去截一个球,截面是圆面”这一性质很重要,因为我们知道了球的截面是圆面后,就可把球的有关问题转化成圆的有关问题来解决。有关球的截面应掌握下面两个重要性质:
(1)球心和截面圆心的连线垂直于截面;
(2)由球半径(R),截面圆半径(r)及球心到截面的距离d,构成直角三角形,因而有关系式
,它们是计算球的关键所在。
球面上两点间的距离是本小节的难点,学习时,一要理解概念,包括经、纬度的概念,二要掌握计算的方法。如求球面上A,B两点的球面距离,关键是求出弦长AB,进而求出球心角AOB的弧度数,再利用弧长公式求出大圆的劣弧长。
与球有关的结合体问题,一种是内切,一种是外接,解题时要认真分析图形,明确切点和接点的位置,确定有关元素间的数量关系并作出合适的截面图。如球内切于正方体,切点为正方体各个面的中心,正方体的棱长等于球的直径;球外接于正方体,正方体的顶点均在球面上,正方体的对角线等于球的直径。球与旋转体的结合体,通常作它们的轴截面解题,球与多面体的结合体,通过多面体的一条侧棱和球心,或“切点”、“接点”作出一个截面图。
[例题分析]
【例1】半径为1的球面上有A,B,C三点,其中A和B的球面距离,A和C的球面距离都是π/2,B和C的球面距离是π/3,求球心O到平面ABC的距离。
【分析】已知条件涉及O,A,B,C四个点,能否将四个点所确定的图形抽象出来,以避免在解题中受到无关条件的影响。

【解析】如图所示
∵球O的半径为1,
∴A和B的球面距离=∠AOB·1=π/2,
∴∠AOB=π/2,
又OA=OB=1,
∴AB=
。
同理∠AOC=π/2,AC=
,∠BOC=π/3,BC=1。由∠AOB=∠AOC=π/2得:OA⊥平面OBC。
设所求距离为d,
则由VO-ABC=VA-OBC知:
1/3·S△ABC·d=1/3S△OBC·OA,
由此解得
。
【例2】在北纬45°的纬度圈上有A,B两点,它们分别在东经70°与东经160°的经度圈上,设地球半径为R,求A,B两点的球面距离。

【分析】依题意A,B的球面距离就是A,B,O所确定大圆劣弧长,为此必须求出角AOB的大小。结合已知条件,可先求出AB的弦长,问题迎刃而解。
【解析】如图所示,设北纬45°的纬度圈的圆心为O1,地球中心为O。
则∠AO1B=90°,∠OBO1=45°,OB=R。
∴O1B=O1A=
R,
∴AB=R,连接AO、AB,
则AO=BO=AB=R,
∴∠AOB=60°,
∴AB=1/6·2πR=1/3πR。
来源:学习报(高二数学版)/2004年/03月/22日/第001版/