請輸入圓錐的底面半徑和高。會顯示體積(1/3 × π × 半徑² × 高)、等底等高圓柱的體積,以及 cm³、公升、m³ 的單位換算。
這個頁面可以做什麼
- 只要輸入底面半徑和高,就能當場求出圓錐的體積(體積 = \(\dfrac{1}{3}\) × 圓周率 × 半徑² × 高)
- 計算結果也會用 3D 圖形顯示,可以用滑鼠旋轉一圈,親眼確認每個長度對應哪個尺寸
- 同時顯示和等底等高圓柱體積的比較(圓錐剛好是三分之一),能實際感受公式的意義
- 同時顯示體積的單位換算(用 cm 輸入時換成公升、m³)
- 淺顯易懂地解說「為什麼是三分之一」,以及可直接複製到 Excel、Google 試算表、Python 的公式,也都整理在這個頁面
這個計算有什麼用?
霜淇淋或冰淇淋的甜筒部分是圓錐。杯口半徑 3 cm、深 10 cm 的甜筒,裝到齊口的量是 \(\dfrac{1}{3} \times \pi \times 3^2 \times 10 \approx 94\,\mathrm{cm^3}\)(約 94 mL)。
用數字就能知道「扣掉上面堆起來的部分,甜筒裡面其實裝得不多」。圓錐形的容器、巧克力、可麗餅等,食物裡到處都有圓錐。
飲水機旁邊的圓錐形紙杯(尖底紙杯),很多是杯口半徑 3.5 cm、深 9 cm 左右,容量是 \(\dfrac{1}{3} \times \pi \times 3.5^2 \times 9 \approx 115\,\mathrm{cm^3}\)(約 115 mL)。
「每人 1 杯的話,這些水夠幾個人喝?」這類估算,只用這一個公式就能做到。
圓錐形手沖咖啡濾杯的內側,大致可以看成杯口半徑 5 cm、深 8 cm 的圓錐。裝到齊口的容量是 \(\dfrac{1}{3} \times \pi \times 5^2 \times 8 \approx 209\,\mathrm{cm^3}\)(約 210 mL)。
可以算出「一次可以倒多少熱水」「能不能一次沖 2 杯份」的參考值。
砂或碎石從卡車卸下來,自然會堆成接近圓錐的形狀(能保持不崩塌的斜面角度叫做休止角)。底部半徑 1.5 m、高 1 m 的話,量大約是 \(\dfrac{1}{3} \times \pi \times 1.5^2 \times 1 \approx 2.4\,\mathrm{m^3}\)。
不一定會堆成漂亮的圓錐,所以只是概算,但工地或造景時會用這個公式快速估算「需要幾車來載」「放得下嗎」。
像日本的富士山這樣的層狀火山,形狀接近圓錐。把山腳半徑當作約 20 km、相對周圍土地的高度約 3.3 km,看成圓錐的話,體積大約是 \(\dfrac{1}{3} \times \pi \times 20^2 \times 3.3 \approx 1400\,\mathrm{km^3}\) 的規模。
實際的山並不是漂亮的圓錐,所以只是概算,但火山研究中,山體的體積也是用這類立體來近似估算的。
公式與圖示
符號與用語解說
符號
| \(V\) | V | 常用來表示體積的符號,取自英文 volume(體積)的字首。本頁用來表示圓錐的體積。 |
| \(r\) | r | 底面圓的半徑,取自英文 radius(半徑)的字首。是圓心到邊緣的長度,等於直徑的一半。 |
| \(h\) | h | 圓錐的高,取自英文 height(高度)的字首。是從底面到頂點垂直量出的長度,要和沿著斜面的長度(母線)區分。 |
| \(r^2\) | r 的平方 | 同一個數 \(r\) 乘 2 次的值(\(r \times r\))。右上角的小 2 是指數,意思是「乘 2 次」。 |
| \(\pi\) | pi | 圓周率。表示圓周長是直徑幾倍的數,是 \(3.14159\ldots\) 無限延續下去的小數。國小用 3.14 計算,國中開始用字母 \(\pi\) 直接留在式子裡。 |
| \(\mathrm{cm^3}\) | 立方公分 | 體積的單位。邊長 1 cm 的正方體的體積是 1 cm³,讀作「立方公分」,要和面積的 cm²(平方公分)區分。 |
| \(\mathrm{m^3}\) | 立方公尺 | 體積的單位。邊長 1 m 的正方體的體積是 1 m³,且 \(1\,\mathrm{m^3} = 1000000\,\mathrm{cm^3} = 1000\,\mathrm{L}\)。 |
| \(\mathrm{L}\) | 公升 | 飲料等常見的體積(容積)單位。邊長 10 cm 的正方體的體積是 1 L,\(1\,\mathrm{L} = 1000\,\mathrm{cm^3} = 1000\,\mathrm{mL}\)。 |
用語
| 圓錐 | 底面是圓,從底面朝一個頂點平滑地變細的立體。冰淇淋甜筒、尖帽子、交通錐(三角錐)等都是圓錐的形狀。 |
| 直圓錐 | 頂點在底面圓心正上方的圓錐。國中課本裡的圓錐通常就是指它,本計算機也是處理直圓錐。頂點不在圓心正上方的圓錐叫做「斜圓錐」。 |
| 底面 | 圓錐底部的圓。它的面積(圓錐是 \(\pi r^2\))叫做底面積。 |
| 頂點 | 圓錐尖端的點。高是從這個頂點向底面畫垂直線的長度。 |
| 母線 | 從頂點沿著斜面筆直連到底面圓周的線段。長度可以用畢氏定理求出:\(\sqrt{r^2 + h^2}\)。很容易和高混淆,請注意。 |
| 體積 | 用數表示立體占有空間的大小,以「有幾個邊長 1 cm 的正方體(1 cm³)」來測量。 |
| 圓周率 | 表示圓周長是直徑幾倍的數(約 3.14)。圓、圓錐、圓柱這些和「圓」有關的圖形計算,一定會用到它。 |
建議先了解的基礎知識
為了讓您「理解意義」地使用本頁的計算,這裡整理了事先了解會更好懂的基礎知識。
| 體積的意義與單位(國小四~五年級,9~11 歲) |
|
| 圓的面積(國小高年級,10~12 歲) |
|
| 文字符號與圓周率 π(國中,12~15 歲) |
|
| 立體圖形(國中九年級,14~15 歲) |
|
| 小數的乘法與除法(國小五年級,10~11 歲) |
|
用 Excel 計算的方法
| 底面半徑 | 3 |
| 高 | 10 |
| 圓錐的體積 | =PI()*B1^2*B2/3 |
| 底面半徑 | 3 |
| 高 | 10 |
| 等底等高圓柱的體積 | =PI()*B1^2*B2 |
| 圓錐的體積(圓柱的三分之一) | =B3/3 |
| 以 cm³ 表示的體積 | 94.25 |
| 以 L 表示的體積 | =B1/1000 |
公式裡的「B1」「B2」意思是「使用該儲存格裡的數值」,「PI()」是圓周率(3.14159…),「^」是乘方(乘幾次),「*」是乘號,「/」是除號。
例如第一個表格的 B3 會顯示約 94.25(= 1/3 × π × 3² × 10。因為用 cm 輸入,所以是 cm³)。第二個表格的 B3 是約 282.74,B4 是它的三分之一約 94.25,可以確認圓錐=圓柱的三分之一。第三個表格的 B2 是 0.09425。只要把輸入欄的數值改成您自己的圓錐尺寸即可使用。
用 Google 試算表計算的方法
| 底面半徑 | 3 |
| 高 | 10 |
| 圓錐的體積 | =PI()*B1^2*B2/3 |
| 底面半徑 | 3 |
| 高 | 10 |
| 等底等高圓柱的體積 | =PI()*B1^2*B2 |
| 圓錐的體積(圓柱的三分之一) | =B3/3 |
| 以 cm³ 表示的體積 | 94.25 |
| 以 L 表示的體積 | =B1/1000 |
用 Python 計算的方法
import math
radius = 3 # 底面半徑(這個例子是 cm)
height = 10 # 高(和半徑用相同的單位)
volume = math.pi * radius ** 2 * height / 3 # 圓錐的體積(輸入單位的三次方,這個例子是 cm3)
volume_l = volume / 1000 # 用 cm 輸入時,換成 L(公升)的體積
print(f"圓錐的體積:{volume} cm3")
print(f"換成公升:{volume_l} L")
用 LaTeX 等數學式語言的寫法(可直接複製)
V = (1/3)πr²h
V = \frac{1}{3} \pi r^{2} h
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>V</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac><mn>1</mn><mn>3</mn></mfrac>
<mi>π</mi>
<msup><mi>r</mi><mn>2</mn></msup>
<mi>h</mi>
</mrow>
</math>
V = 1/3 pi r^2 h
Pi*r^2*h/3
V := (1/3)*Pi*r^2*h;
V = (1/3)*pi*r^2*h;
V = (1/3)πr^2 h
V = πr²h ÷ 3
V = \frac{\pi r^{2} h}{3}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>V</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow><mi>π</mi><msup><mi>r</mi><mn>2</mn></msup><mi>h</mi></mrow>
<mn>3</mn>
</mfrac>
</mrow>
</math>
V = (pi r^2 h)/3
Pi*r^2*h/3
V := Pi*r^2*h/3;
V = pi*r^2*h/3;
V = πr^2 h/3
V[L] = V[cm³] ÷ 1000
V_{\mathrm{L}} = V_{\mathrm{cm^3}} \div 1000
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<msub><mi>V</mi><mi mathvariant="normal">L</mi></msub>
<mo>=</mo>
<msub><mi>V</mi><mrow><msup><mi mathvariant="normal">cm</mi><mn>3</mn></msup></mrow></msub>
<mo>÷</mo>
<mn>1000</mn>
</mrow>
</math>
V_(L) = V_(cm^3) -: 1000
vCm3/1000
vL := vCm3/1000;
v_l = v_cm3/1000;
V(L) = V(cm³)/1000
請 ChatGPT 幫忙計算的方法
你是數學的計算助理。請務必實際執行 Python 程式碼來進行以下計算,並且只根據執行結果的數值回答(不要用心算或推測回答)。 有一個底面半徑 3 cm、高 10 cm 的圓錐。 請分別求出: 1. 這個圓錐的體積是多少 cm³(V = 1/3 × π × 半徑² × 高) 2. 這個體積換成公升(L)是多少 請列出使用的公式和執行結果的數值。
使用方法
-
1輸入數值在輸入欄中輸入要計算的數值
-
2計算按下「計算」按鈕
-
3查看結果計算結果會立即顯示。計算的思路和公式的解說,也都能在同一個頁面查看
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