Bài 36: Hình hộp chữ nhật và hình lập phương
Bài 36: Hình hộp chữ nhật và hình lập phương
Nắm vững các yếu tố cơ bản (đỉnh, cạnh, góc, đường chéo, mặt đáy, mặt bên), công thức tính diện tích xung quanh và thể tích của hình hộp chữ nhật, hình lập phương cùng ứng dụng thực tiễn.
Hình hộp chữ nhật, hình lập phương; đỉnh, cạnh, góc, đường chéo, mặt bên, mặt đáy, diện tích xung quanh, thể tích.
- Mô tả một số yếu tố cơ bản (đỉnh, cạnh, góc, đường chéo) của hình hộp chữ nhật, hình lập phương.
- Tạo lập hình hộp chữ nhật, hình lập phương từ hình khai triển.
- Tính diện tích xung quanh và thể tích của hình hộp chữ nhật, hình lập phương.
- Giải quyết một số vấn đề thực tiễn gắn với tính diện tích, thể tích hình khối.
Trong thực tế đời sống, chúng ta thường gặp các đồ vật như hộp đựng quà, bể cá cảnh, khối rubik, thùng carton, phòng học,... Đó là những hình ảnh quen thuộc về hình hộp chữ nhật và hình lập phương mà các em đã được làm quen ở Tiểu học.
Trong bài học này, chúng ta sẽ tìm hiểu sâu sắc hơn về các yếu tố cơ bản (đỉnh, cạnh, mặt, đường chéo) cùng công thức tính chuẩn xác diện tích xung quanh và thể tích để giải quyết các bài toán đo lường thực tế!
Hình hộp chữ nhật, hình lập phương
Một số yếu tố cơ bản của hình hộp chữ nhật, hình lập phương
Hình nào dưới đây là đồ vật hoặc kiến trúc có dạng hình hộp chữ nhật, có dạng hình lập phương?
- a) Hộp quà chữ nhật có nơ.
- b) Khối Rubik $3 \times 3 \times 3$.
- c) Ngôi nhà gỗ có phần mái tam giác.
Em hãy tìm thêm một số hình ảnh có dạng hình hộp chữ nhật, hình lập phương trong thực tế.
Xem lời giải chi tiết
- Hình a (Hộp quà): Có dạng hình hộp chữ nhật.
- Hình b (Khối Rubik): Có dạng hình lập phương (6 mặt đều là các hình vuông bằng nhau).
- Hình c (Ngôi nhà gỗ): Phần thân nhà có dạng hình hộp chữ nhật, phần mái có dạng hình lăng trụ đứng tam giác.
- Ví dụ thực tế thêm: Bao diêm, viên gạch xây nhà, thùng carton, tủ lạnh (hình hộp chữ nhật); quân xúc xắc, hộp phấn vuông (hình lập phương).
1) Nêu tên các đỉnh, cạnh, đường chéo của hình hộp chữ nhật $ABCD.A'B'C'D'$. Hình hộp chữ nhật có bao nhiêu đỉnh? Có bao nhiêu cạnh? Có bao nhiêu đường chéo?
2) Gọi tên các mặt bên, mặt đáy của hình hộp chữ nhật $ABCD.A'B'C'D'$.
Xem lời giải chi tiết
- 8 đỉnh: $A, B, C, D, A', B', C', D'$.
- 12 cạnh:
- 4 cạnh đáy dưới: $AB, BC, CD, DA$.
- 4 cạnh đáy trên: $A'B', B'C', C'D', D'A'$.
- 4 cạnh bên bằng nhau và song song: $AA', BB', CC', DD'$.
- 4 đường chéo: $A'C, B'D, C'A, D'B$. Chúng cùng cắt nhau tại một điểm.
- 6 mặt:
- 2 mặt đáy: $ABCD$ và $A'B'C'D'$ (hai hình chữ nhật đối diện và bằng nhau).
- 4 mặt bên: $ABB'A', BCC'B', CDD'C', DAA'D'$ (các hình chữ nhật).
Quan sát Hình 10.2 và gọi tên đỉnh, cạnh, đường chéo, mặt đáy, mặt bên của hình lập phương $MNPQ.ABCD$.
Xem lời giải chi tiết
- 8 đỉnh: $A, B, C, D, M, N, P, Q$.
- 12 cạnh bằng nhau: $AB = BC = CD = DA = MN = NP = PQ = QM = AM = BN = CP = DQ$.
- 4 đường chéo bằng nhau: $MC, NA, PB, QD$.
- 2 mặt đáy: Hình vuông $ABCD$ và hình vuông $MNPQ$.
- 4 mặt bên: Các hình vuông $ABNM, BCPN, CDQP, DAMQ$.
- Hình hộp chữ nhật có 6 mặt là các hình chữ nhật, 8 đỉnh, 12 cạnh, 4 đường chéo; các cạnh bên song song và bằng nhau.
- Hình lập phương là hình hộp chữ nhật đặc biệt có 6 mặt đều là các hình vuông bằng nhau (12 cạnh đều có độ dài bằng nhau).
Sử dụng bìa cứng, cắt và gấp một chiếc hộp có dạng hình hộp chữ nhật kích thước $5\text{ cm} \times 4\text{ cm} \times 3\text{ cm}$ theo hướng dẫn sau:
- Bước 1: Vẽ hình khai triển của hình hộp chữ nhật theo kích thước đã cho như Hình 10.4.
- Bước 2: Cắt theo viền ngoài của hình vẽ.
- Bước 3: Gấp theo các đường nét đứt màu cam để tạo thành hình hộp chữ nhật hoàn chỉnh.
Hãy cắt và gấp một hình lập phương có cạnh $4\text{ cm}$ từ bìa cứng.
Diện tích xung quanh và thể tích của hình hộp chữ nhật, hình lập phương
1. Diện tích xung quanh của hình hộp chữ nhật, hình lập phương
HĐ4: Quan sát hình hộp chữ nhật kích thước $a, b, c$ (Hình 10.6a) và hình khai triển (Hình 10.6b). Hình chữ nhật (1), (2), (3), (4) là các mặt bên; (5) và (6) là hai mặt đáy.
HĐ5: Tính tổng diện tích các hình chữ nhật (1), (2), (3), (4). So sánh kết quả vừa tìm với tích của chu vi đáy và chiều cao của hình hộp chữ nhật.
Xem lời giải chi tiết
Giải HĐ5:
- Diện tích mặt (1): $S_1 = b \cdot c$
- Diện tích mặt (2): $S_2 = a \cdot c$
- Diện tích mặt (3): $S_3 = b \cdot c$
- Diện tích mặt (4): $S_4 = a \cdot c$
Tổng diện tích 4 mặt bên là: $$S_{xq} = S_1 + S_2 + S_3 + S_4 = bc + ac + bc + ac = 2(a + b)c$$
Chu vi đáy là $C = 2(a + b)$. Chiều cao là $h = c$. Do đó tích của chu vi đáy và chiều cao chính bằng diện tích xung quanh: $$S_{xq} = C_{\text{đáy}} \cdot h = 2(a + b)c$$
Hình hộp chữ nhật
Dài $a$, rộng $b$, cao $c$:
Diện tích xung quanh = Chu vi đáy × Chiều cao
Hình lập phương
Cạnh có độ dài $a$:
Diện tích xung quanh = 4 × Diện tích một mặt
Một chiếc khay nhựa đựng đồ có dạng hình hộp chữ nhật với chiều dài $27\text{ cm}$, chiều rộng $20\text{ cm}$, chiều cao $10\text{ cm}$. Coi mép khay nhựa không đáng kể, hãy tính:
- a) Diện tích xung quanh của chiếc khay.
- b) Diện tích nhựa để làm chiếc khay trên.
Xem lời giải chi tiết
a) Diện tích xung quanh của chiếc khay dạng hình hộp chữ nhật là:
$$S_{xq} = 2 \cdot (27 + 20) \cdot 10 = 2 \cdot 47 \cdot 10 = 940\text{ (cm}^2\text{)}$$
b) Vì chiếc khay không có nắp nên diện tích nhựa để làm chiếc khay bằng tổng diện tích các mặt xung quanh cộng với diện tích một mặt đáy:
Diện tích mặt đáy của chiếc khay là: $S_đ = 27 \cdot 20 = 540\text{ (cm}^2\text{)}$.
Diện tích nhựa để làm chiếc khay là:
$$S = S_{xq} + S_đ = 940 + 540 = 1\ 480\text{ (cm}^2\text{)}$$
Bác Tú thuê thợ sơn xung quanh bốn mặt ngoài của thành bể nước có dạng hình hộp chữ nhật có chiều dài $3\text{ m}$, chiều rộng $2\text{ m}$, chiều cao $1{,}5\text{ m}$ với giá $20\ 000\text{ đồng/m}^2$. Hỏi bác Tú phải trả chi phí là bao nhiêu?
Xem lời giải chi tiết
Diện tích xung quanh của bốn mặt ngoài thành bể nước là:
$$S_{xq} = 2 \cdot (3 + 2) \cdot 1{,}5 = 2 \cdot 5 \cdot 1{,}5 = 15\text{ (m}^2\text{)}$$
Chi phí bác Tú phải trả cho thợ sơn là:
$$15 \cdot 20\ 000 = 300\ 000\text{ (đồng)}$$
Đáp số: $300\ 000\text{ đồng}$.
2. Thể tích của hình hộp chữ nhật, hình lập phương
Người ta xếp các hộp đựng đồ chơi dạng hình lập phương nhỏ có cạnh $1\text{ dm}$ vào một chiếc hộp carton có dạng hình hộp chữ nhật (Hình 10.8).
Ta thấy có $4$ lớp hình lập phương xếp chồng lên nhau, mỗi lớp có $5 \times 2 = 10$ hình lập phương nhỏ.
Mỗi hình lập phương nhỏ cạnh $1\text{ dm}$ có thể tích là $1\text{ dm}^3$. Do đó, thể tích của chiếc hộp carton là: $$V = 5 \cdot 2 \cdot 4 = 40\text{ (dm}^3\text{)}$$
Thể tích hình hộp chữ nhật
Ba kích thước $a, b, c$:
Thể tích = Diện tích đáy × Chiều cao ($V = S_đ \cdot h$)
Thể tích hình lập phương
Cạnh có độ dài $a$:
Thể tích = Lập phương độ dài một cạnh
Tính thể tích hộp sữa có dạng hình hộp chữ nhật với đáy là hình vuông cạnh $10\text{ cm}$ và chiều cao $15\text{ cm}$.
Xem lời giải chi tiết
Thể tích hộp sữa hình hộp chữ nhật là:
$$V = 10 \cdot 10 \cdot 15 = 1\ 500\text{ (cm}^3\text{)}$$
(Lưu ý: $1\ 500\text{ cm}^3 = 1{,}5\text{ dm}^3 = 1{,}5\text{ lít}$).
Một hình lập phương có cạnh bằng $a\text{ cm}$, diện tích xung quanh bằng $100\text{ cm}^2$. Hỏi thể tích của hình lập phương đó bằng bao nhiêu?
Xem lời giải chi tiết
Diện tích xung quanh của hình lập phương cạnh $a$ là:
$$S_{xq} = 4a^2 = 100 \implies a^2 = \frac{100}{4} = 25$$
Vì $a > 0$ nên $a = 5\text{ (cm)}$.
Thể tích của hình lập phương đó là:
$$V = a^3 = 5^3 = 125\text{ (cm}^3\text{)}$$
Đáp số: $125\text{ cm}^3$.
Một chiếc thùng giữ nhiệt có lòng trong dạng hình hộp chữ nhật với chiều dài $50\text{ cm}$, chiều rộng $30\text{ cm}$, chiều cao $30\text{ cm}$. Tính dung tích của chiếc thùng giữ nhiệt đó (theo đơn vị lít).
Xem lời giải chi tiết
Thể tích lòng trong của chiếc thùng giữ nhiệt là:
$$V = 50 \cdot 30 \cdot 30 = 45\ 000\text{ (cm}^3\text{)}$$
Đổi đơn vị sang lít ($1\text{ lít} = 1\text{ dm}^3 = 1\ 000\text{ cm}^3$):
$$45\ 000\text{ cm}^3 = 45\text{ dm}^3 = 45\text{ (lít)}$$
Đáp số: $45\text{ lít}$.
Bài tập SGK (Trang 90 - 91)
Có bao nhiêu hình lập phương nhỏ trong Hình 10.11?
Xem lời giải chi tiết
Ta đếm số hình lập phương nhỏ theo từng tầng (từ trên xuống dưới):
- Tầng 3 (trên cùng): Có $1$ hình lập phương nhỏ.
- Tầng 2 (tầng giữa): Có $1$ hình ở dưới tầng 3 và $3$ hình chìa ra ngoài (trước, trái, phải). Tổng cộng tầng 2 có $1 + 3 = 4$ hình.
- Tầng 1 (tầng đáy): Có $4$ hình ở dưới các khối của tầng 2 và $5$ hình chìa ra phía trước và hai bên. Tổng cộng tầng 1 có $4 + 5 = 9$ hình (hoặc xếp theo bậc thang đối xứng gồm $5 + 3 + 1 = 9$ hình).
Tổng số hình lập phương nhỏ trong Hình 10.11 là: $$1 + 4 + 9 = 14\text{ (hình)}$$
(Nếu mô hình chỉ gồm các khối nhìn thấy được xếp dạng chữ thập 3 nhánh: Tầng 3 có 1, tầng 2 có 3 nhánh + 1 tâm = 4, tầng 1 có 5 nhánh + 4 = 9, tổng là 14 khối).
Gọi tên các đỉnh, cạnh, đường chéo, mặt của hình hộp chữ nhật trong Hình 10.12.
Xem lời giải chi tiết
- 8 đỉnh: $A, B, C, D, E, F, G, H$.
- 12 cạnh:
- 4 cạnh mặt đáy trên: $AB, BC, CD, DA$.
- 4 cạnh mặt đáy dưới: $EF, FG, GH, HE$.
- 4 cạnh bên: $AE, BF, CG, DH$.
- 4 đường chéo: $AG, BH, CE, DF$.
- 6 mặt:
- 2 mặt đáy: $ABCD, EFGH$.
- 4 mặt bên: $ABFE, BCGF, CDHG, DAEH$.
Vẽ lên một miếng bìa hình khai triển của hình hộp chữ nhật với kích thước tuỳ chọn. Cắt rời hình đã vẽ rồi gấp theo đường màu cam để được một hình hộp chữ nhật.
Xem lời giải chi tiết
Hướng dẫn thực hành:
- Chọn 3 kích thước: ví dụ chiều dài $a = 6\text{ cm}$, chiều rộng $b = 4\text{ cm}$, chiều cao $c = 3\text{ cm}$.
- Vẽ dải gồm 4 hình chữ nhật liên tiếp có chiều cao $c = 3\text{ cm}$ và chiều rộng lần lượt là $b, a, b, a$ ($4\text{ cm}, 6\text{ cm}, 4\text{ cm}, 6\text{ cm}$).
- Vẽ 2 mặt đáy kích thước $6\text{ cm} \times 4\text{ cm}$ gắn vào hai mép trên và dưới của hình chữ nhật có kích thước $a = 6\text{ cm}$.
- Dùng kéo cắt theo viền ngoài, sau đó miết nhẹ các mép gấp theo đường nét kẻ và dùng băng dính cố định các mép giáp nhau để thu được hình hộp chữ nhật.
Một xe đông lạnh có thùng hàng dạng hình hộp chữ nhật, kích thước lòng thùng hàng dài $5{,}6\text{ m}$, rộng $2\text{ m}$, cao $2\text{ m}$. Tính thể tích của lòng thùng hàng.
Xem lời giải chi tiết
Thể tích của lòng thùng hàng dạng hình hộp chữ nhật là:
$$V = a \cdot b \cdot c = 5{,}6 \cdot 2 \cdot 2 = 22{,}4\text{ (m}^3\text{)}$$
Đáp số: $22{,}4\text{ m}^3$.
Một hộp sữa tươi có dạng hình hộp chữ nhật với dung tích $1\text{ lít}$, chiều cao $20\text{ cm}$, chiều dài $10\text{ cm}$.
- a) Tính chiều rộng của hộp sữa.
- b) Tính diện tích vật liệu dùng để làm vỏ hộp sữa? (Coi như phần mép hộp không đáng kể).
Xem lời giải chi tiết
a) Đổi dung tích: $1\text{ lít} = 1\text{ dm}^3 = 1\ 000\text{ cm}^3$.
Gọi $b\text{ (cm)}$ là chiều rộng của hộp sữa ($b > 0$). Vì thể tích $V = a \cdot b \cdot c$ nên:
$$10 \cdot b \cdot 20 = 1\ 000 \implies 200 \cdot b = 1\ 000 \implies b = \frac{1\ 000}{200} = 5\text{ (cm)}$$
b) Vỏ hộp sữa có đầy đủ 6 mặt (gồm 4 mặt bên và 2 mặt đáy), do đó diện tích vật liệu bằng diện tích toàn phần của hình hộp chữ nhật:
$$S_{xq} = 2 \cdot (a + b) \cdot c = 2 \cdot (10 + 5) \cdot 20 = 2 \cdot 15 \cdot 20 = 600\text{ (cm}^2\text{)}$$
$$S_{\text{đáy}} = a \cdot b = 10 \cdot 5 = 50\text{ (cm}^2\text{)}$$
$$S_{tp} = S_{xq} + 2 \cdot S_{\text{đáy}} = 600 + 2 \cdot 50 = 600 + 100 = 700\text{ (cm}^2\text{)}$$
Đáp số: a) $5\text{ cm}$; b) $700\text{ cm}^2$.
Một bể nước có dạng hình hộp chữ nhật với chiều dài $2\text{ m}$. Lúc đầu bể không có nước. Sau khi đổ vào bể $120$ thùng nước, mỗi thùng chứa $20\text{ lít}$ nước thì mực nước của bể dâng cao $0{,}8\text{ m}$.
- a) Tính chiều rộng của bể nước.
- b) Người ta đổ thêm $60$ thùng nước nữa thì đầy bể. Hỏi bể cao bao nhiêu mét?
Xem lời giải chi tiết
a) Lượng nước đổ vào bể lúc đầu là:
$$V_1 = 120 \cdot 20 = 2\ 400\text{ (lít)} = 2\ 400\text{ dm}^3 = 2{,}4\text{ (m}^3\text{)}$$
Vì lượng nước này tạo thành một khối nước hình hộp chữ nhật có đáy là đáy bể (chiều dài $2\text{ m}$, chiều rộng $b\text{ m}$) và chiều cao mực nước là $h_1 = 0{,}8\text{ m}$ nên:
$$V_1 = 2 \cdot b \cdot 0{,}8 = 2{,}4 \implies 1{,}6 \cdot b = 2{,}4 \implies b = \frac{2{,}4}{1{,}6} = 1{,}5\text{ (m)}$$
Vậy chiều rộng của bể nước là $1{,}5\text{ m}$.
b) Lượng nước đổ thêm vào bể là:
$$V_2 = 60 \cdot 20 = 1\ 200\text{ (lít)} = 1{,}2\text{ (m}^3\text{)}$$
Tổng dung tích của bể nước khi đầy là:
$$V = V_1 + V_2 = 2{,}4 + 1{,}2 = 3{,}6\text{ (m}^3\text{)}$$
Chiều cao của bể nước là:
$$h = \frac{V}{a \cdot b} = \frac{3{,}6}{2 \cdot 1{,}5} = \frac{3{,}6}{3} = 1{,}2\text{ (m)}$$
Đáp số: a) $1{,}5\text{ m}$; b) $1{,}2\text{ m}$.
Đã Thành Thạo Bài Tập Cơ Bản SGK?
Thử thách ngay với 8 bài toán tương tự & vận dụng nâng cao để bứt phá mục tiêu 9+!
Ngân Hàng Bài Toán Tương Tự & Vận Dụng Nâng Cao
Tuyển tập các bài toán phát triển từ câu hỏi SGK, bám sát đề minh họa và đề thi tốt nghiệp THPT 2025. Hướng dẫn tư duy bản chất, mẹo bấm máy giải nhanh và kèm lớp Zoom tương tác hàng tuần.
Mở Khóa Đáp Án & Lời Giải Dạng Toán Tương Tự 9+
Dạng bài toán tương tự & vận dụng nâng cao này giúp em nắm chắc phương pháp giải nhanh điểm 9+. Đăng nhập hoặc tạo tài khoản miễn phí chỉ trong 30 giây để bắt đầu giải bài!
Mở Khóa Đáp Án & Lời Giải Dạng Toán Tương Tự 9+
Dạng bài toán tương tự & vận dụng nâng cao này giúp em nắm chắc phương pháp giải nhanh điểm 9+. Đăng nhập hoặc tạo tài khoản miễn phí chỉ trong 30 giây để bắt đầu giải bài!
Mở Khóa Đáp Án & Lời Giải Dạng Toán Tương Tự 9+
Dạng bài toán tương tự & vận dụng nâng cao này giúp em nắm chắc phương pháp giải nhanh điểm 9+. Đăng nhập hoặc tạo tài khoản miễn phí chỉ trong 30 giây để bắt đầu giải bài!
Mở Khóa Đáp Án & Lời Giải Dạng Toán Tương Tự 9+
Dạng bài toán tương tự & vận dụng nâng cao này giúp em nắm chắc phương pháp giải nhanh điểm 9+. Đăng nhập hoặc tạo tài khoản miễn phí chỉ trong 30 giây để bắt đầu giải bài!
Mở Khóa Đáp Án & Lời Giải Dạng Toán Tương Tự 9+
Dạng bài toán tương tự & vận dụng nâng cao này giúp em nắm chắc phương pháp giải nhanh điểm 9+. Đăng nhập hoặc tạo tài khoản miễn phí chỉ trong 30 giây để bắt đầu giải bài!
Mở Khóa Đáp Án & Lời Giải Dạng Toán Tương Tự 9+
Dạng bài toán tương tự & vận dụng nâng cao này giúp em nắm chắc phương pháp giải nhanh điểm 9+. Đăng nhập hoặc tạo tài khoản miễn phí chỉ trong 30 giây để bắt đầu giải bài!
Mở Khóa Đáp Án & Lời Giải Dạng Toán Tương Tự 9+
Dạng bài toán tương tự & vận dụng nâng cao này giúp em nắm chắc phương pháp giải nhanh điểm 9+. Đăng nhập hoặc tạo tài khoản miễn phí chỉ trong 30 giây để bắt đầu giải bài!
Mở Khóa Đáp Án & Lời Giải Dạng Toán Tương Tự 9+
Dạng bài toán tương tự & vận dụng nâng cao này giúp em nắm chắc phương pháp giải nhanh điểm 9+. Đăng nhập hoặc tạo tài khoản miễn phí chỉ trong 30 giây để bắt đầu giải bài!