Bài Tập Trắc Nghiệm Chuyên Đề: Thể tích khối tròn xoay (Toán học Lớp 12)
Tuyển tập 539 câu hỏi thuộc chuyên đề Thể tích khối tròn xoay (Giải tích – Toán học Lớp 12) trích từ ngân hàng đề thi chính thức và đề thi thử các trường THPT trên toàn quốc. Chọn trực tiếp đáp án A, B, C, D bên dưới để kiểm tra kết quả và xem hướng dẫn giải chi tiết từng bước.
Dấu hiệu & kiến thức trọng tâm:quay quanh trụcπ∫f²
Câu 10. Hình phẳng (H) được giới hạn bởi đồ thị hàm số y=x2−4x+4, trục tung, trục hoành và đường thẳng x=3. Thể tích khối tròn xoay được tạo ra khi quay hình (H) quanh trục Ox là
Một thùng ủ rượu vang bằng gỗ sồi có dạng là một khối tròn xoay. Nếu cắt thùng bởi một mặt phẳng chứa trục đối xứng của thùng thì đường viền ngoài của thiết diện là một phần của đường parabol. Biết thùng có chiều dài 10 dm, đường kính hai mặt đáy bằng nhau và bằng 6 dm, phần phình to nhất ở giữa thùng có đường kính bằng 8 dm. Hãy tính dung tích của thùng ủ rượu này (đơn vị: lít, làm tròn kết quả đến hàng đơn vị). (Biết 1 lıˊt=1 dm3 và giả sử bỏ qua độ dày của vỏ gỗ).
Chọn hệ trục tọa độ Oxy với gốc O là tâm của thùng, trục đối xứng của thùng nằm trên trục Ox. Khi đó thùng rượu nằm từ x=−5 đến x=5. Đường viền trên là parabol đỉnh (0;4) và đi qua (±5;3): Phương trình parabol có dạng y=ax2+4. Đi qua (5;3)⇒25a+4=3⇒a=−251⇒y=−25x2+4. Thể tích khối tròn xoay sinh ra khi quay hình phẳng giới hạn bởi parabol, trục Ox và các đường x=−5,x=5 quanh trục Ox là: V=π∫−55(4−25x2)2dx=2π∫05(16−258x2+625x4)dx=2π[16x−758x3+3125x5]05=2π(80−340+1)=3406π≈425,16 lıˊt. Làm tròn đến hàng đơn vị ta được 425 lít.
Cho hình phẳng (H) được giới hạn bởi đồ thị hàm số y=tanx, trục hoành và các đường thẳng x=0, x=3π. Khối tròn xoay tạo thành khi quay (H) quanh trục hoành có thể tích bằng
Câu 3: Tháp giải nhiệt tại một nhà máy điện hạt nhân có hình dạng là một phần của khối tròn xoay khi cho hypebol (H) quay quanh một trục đối xứng của (H). Tháp có chiều cao là 120 mét, bán kính đáy dưới bằng 40 mét. Thiết lập hệ trục tọa độ Oxy như hình vẽ sao cho mặt cắt dạng hypebol của tháp nhận Oy làm trục đối xứng; lấy đơn vị trên mỗi trục là mét. Gốc O ở vị trí có độ cao 80 mét so với mặt đất và đoạn giao nhau giữa trục Ox với tháp bằng 30 mét.
a)
Diện tích đáy dưới của tháp bằng 5027 m2 (làm tròn đến hàng đơn vị).
b)
Các điểm (−20;0), (20;0) thuộc hypebol (H).
c)
Phương trình (H) là 152x2−11520y2=1.
d)
Thể tích của tháp giải nhiệt này bằng 214414 m3 (làm tròn đến hàng đơn vị).
Theo hướng dẫn giải chi tiết (Mã đề 9101, trang 11), Câu 3 (Phần II, câu 15): a) Đúng, b) Sai, c) Sai, d) Đúng.
Lời giải chi tiết:
- a) ĐÚNG: Bán kính đáy dưới là R=40 m. Diện tích đáy dưới của tháp là: S=πR2=π⋅402=1600π≈5026,55≈5027 m2.
- b) SAI: Giao của hypebol với trục Ox có độ dài 30 m, do tính đối xứng qua Oy nên tại y=0 ta có x=±15. Vậy các điểm (−15;0) và (15;0) thuộc (H), không phải (±20;0).
- c) SAI: Phương trình của hypebol có dạng 152x2−b2y2=1. Chiều cao tháp là 120 m, gốc O ở độ cao 80 m nên mặt đất tương ứng y=−80, đỉnh trên tương ứng y=40. Đáy dưới có bán kính 40 m nên điểm (40;−80) thuộc (H): 152402−b2(−80)2=1⟹2251600−1=b26400⟹2251375=b26400⟹b2=5557600≈1047,27. Phương trình đúng là 152x2−5557600y2=1. Mệnh đề cho mẫu số là 11520 là sai.
- d) ĐÚNG: Thể tích khối tròn xoay: V=π∫−8040x2dy=π∫−8040225(1+b2y2)dy=225π[y+3b2y3]−8040=225π(120+3⋅5557600576000)=225π(120+183,333)≈214413,7≈214414 m3.
Một chiếc đồng hồ cát nghệ thuật bằng thủy tinh có bầu chứa phía trên và bầu chứa phía dưới bằng nhau, bên trong chứa một chất lỏng đặc biệt. Khi bầu phía trên chứa đầy chất lỏng, thể tích chất lỏng bên trong đúng bằng thể tích của một khối tròn xoay sinh ra khi quay quanh trục Ox hình phẳng giới hạn bởi đồ thị hàm số y=2x, trục hoành và hai đường thẳng x=0,x=9 (các đơn vị trên hệ trục tọa độ được tính bằng centimét, trục Ox trùng với trục đối xứng dọc của đồng hồ). Phần cổ hẹp làm khuyết để thông nhau giữa bầu chứa phía trên và bầu chứa phía dưới coi như không đáng kể.
Ban đầu, phần bầu chứa phía trên chứa đầy chất lỏng. Khi bắt đầu tính giờ, chất lỏng chảy qua cổ hẹp xuống bầu chứa phía dưới với tốc độ (lưu lượng thể tích) không đổi trong suốt quá trình chảy. Người ta nhận thấy toàn bộ lượng chất lỏng chảy hết xuống bầu chứa phía dưới trong đúng 27 phút. Giả sử trong suốt quá trình chảy, bề mặt trên của chất lỏng luôn tạo thành một mặt phẳng nằm ngang. Gọi h (cm) là chiều cao của khối chất lỏng còn lại trong bầu chứa phía trên tại thời điểm t (phút) (0≤h≤9, tính từ cổ hẹp hướng lên trên dọc theo trục Ox). Hỏi sau bao nhiêu phút kể từ lúc bắt đầu chảy, chiều cao khối chất lỏng trong bầu chứa phía trên (tính từ cổ hẹp hướng lên trên dọc theo trục Ox) còn đúng 3 cm (không làm tròn kết quả các phép tính trung gian, chỉ làm tròn kết quả cuối cùng đến hàng đơn vị)?
Thể tích ban đầu của chất lỏng khi đầy (đến cận x=9): V=π∫09(2x)2dx=π[2x2]09=162π cm3. Tốc độ dòng chảy không đổi là: v=27162π=6π cm3/phuˊt. Khi chiều cao còn lại h=3 cm, thể tích chất lỏng còn lại trong bầu trên là: Vcoˋn=π∫034xdx=[2πx2]03=18π cm3. Thể tích chất lỏng đã chảy xuống bầu dưới: ΔV=162π−18π=144π cm3. Thời gian cần tìm: t=vΔV=6π144π=24 phuˊt. Đáp số: 24.
Câu 6. Thể tích khối tròn xoay tạo thành khi cho hình phẳng giới hạn bởi đồ thị hàm số f(x)=x, trục hoành và hai đường thẳng x=0, x=2 quay quanh trục Ox là
Phương pháp: Thể tích khối tròn xoay quanh trục Ox: V=π∫ab[f(x)]2dx. Lời giải: Thể tích khối tròn xoay thu được là: V=π∫04(x)2dx=π∫04xdx=π[2x2]04=π(216−0)=8π. Chọn A.
Một đường hầm hiện đại được thiết kế với mặt đáy là hình thang ACDF vuông tại A và C (AF∥CD). Xét một thiết diện bất kì của đường hầm vuông góc với AC là một hình phẳng giới hạn bởi đường cong (P), đoạn BE và đoạn BG như hình vẽ (G thuộc (P)). Giả sử (P) là một nhánh của parabol có đỉnh S và hình chiếu của S trên mặt nền là H, E là chân của parabol (E thuộc (P) và mặt đáy) thì SH=2EH. Một mặt bên đường hầm có dạng mặt phẳng vuông góc với mặt đáy chứa đường thẳng AC, gọi B là hình chiếu vuông góc của G xuống mặt phẳng đáy thì BE=BG và B thuộc đoạn AC. Biết AC=30 m, AF=2CD=12 m. Thể tích đường hầm trên bằng bao nhiêu mét khối?
Lời giải: Chọn trục Ox trùng với đường thẳng AC, gốc O tại A. Khi đó vị trí của lát cắt B có tọa độ x∈[0;30]. Vì ACDF là hình thang vuông tại A và C nên đoạn BE(x) vuông góc với AC và giảm bậc nhất từ AF=12 về CD=6: BE(x)=12−3012−6x=12−51x. Đặt chiều dài đoạn này là y0=BE(x). Tại lát cắt này, thiết diện là một phần hệ trục tọa độ phẳng có bức tường đứng BG=BE=y0. Nhánh parabol (P) đi qua G(0;y0) và chân E(y0;0). Đỉnh S của parabol có hình chiếu H nằm trên đoạn BE sao cho SH=2EH. Từ tính chất hình học đối xứng của parabol, ta giải được vị trí hình chiếu đỉnh H cách B một khoảng bằng 3y0, chiều cao đỉnh SH=34y0. Diện tích thiết diện tại vị trí x được tính bằng tích phân phần diện tích dưới parabol giới hạn bởi các trục: S(x)=∫0y0[34y0−y03(y−3y0)2]dy=y02=(12−51x)2. Thể tích của đường hầm là: V=∫030(12−51x)2dx=[−5⋅3(12−51x)3]030=−35(63−123)=2520 (m3). Đáp số: 2520.
Câu 2. Cho hình phẳng (H) giới hạn bởi 41 đường tròn có bán kính R=2, đường cong y=4−x và trục hoành. Hình phẳng (H) được chia thành 2 miền có diện tích là S1 và S2 như hình vẽ.
a)
Thể tích của khối tròn xoay sinh ra khi quay miền có diện tích S2 quanh trục hoành là 8π.
b)
Diện tích S2=316.
c)
Thể tích của khối tròn xoay sinh ra khi cho hình (H) quay quanh trục hoành là 328π.
Một vật trang trí có dạng một khối tròn xoay được tạo thành khi quay miền (R) (phần được tô màu trong hình vẽ) quanh trục AB. Miền (R) được giới hạn bởi các cạnh AB,AD của hình vuông ABCD và các cung phần tư của các đường tròn bán kính bằng 1 cm với tâm lần lượt là trung điểm của các cạnh AD,AB. Tính thể tích của vật trang trí đó, làm tròn kết quả đến hàng phần mười.
Chọn hệ trục tọa độ với gốc tại A(0;0), trục hoành là AB, hình vuông cạnh 2 cm. Thể tích khối tròn xoay khi quay miền (R) quanh AB là V=π∫01(1+1−x2)2dx+π∫12(1−(x−1)2)dx=π(310+4π)≈12,3 cm3 (theo kết quả làm tròn của đề). Chọn D.
Cho hai nửa đường tròn như hình vẽ, trong đó đường kính của đường tròn lớn gấp đôi đường kính của đường tròn nhỏ. Biết rằng nửa hình tròn đường kính AB có diện tích là 8π và BAC=30∘. Tính thể tích vật thể tròn xoay được tạo thành khi quay hình phẳng (H) (phần tô đậm) xung quanh đường thẳng AB.
Nửa hình tròn lớn bán kính R có diện tích 21πR2=8π⇒R=4, bán kính đường tròn nhỏ là r=2. Đặt hệ trục tọa độ gốc A, AB trùng Ox, tính thể tích khối tròn xoay khi quay phần tô đậm quanh AB được 3220π.
Câu 2. Một đồ lưu niệm bằng thủy tinh có chiều cao bằng 14 (cm), được thiết kế gồm hai phần, phần dưới là một khối lập phương cạnh bằng 8 (cm) và phần trên là một phần của khối cầu có đường kính bằng 8 (cm) (được mô hình hóa bởi hình vẽ bên cạnh).
a)
Thể tích phần dưới (khối lập phương) bằng 512 (cm3).
b)
Phần chỏm cầu có bán kính R=4 (cm) và chiều cao h=6 (cm).
c)
Thể tích của chỏm cầu (phần phía trên) bằng 70π (cm3).
d)
Thể tích của đồ lưu niệm đó là 738 (cm3) (làm tròn kết quả đến hàng đơn vị).
Theo bảng đáp án chính thức (Mã đề 999, trang 7), Câu 2 (Phần II): a) Đúng, b) Đúng, c) Sai, d) Đúng.
a) Đúng vì Vlập phương=83=512 cm3. b) Đúng vì R=4 cm và h=14−8=6 cm. c) Sai vì Vchỏm caˆˋu=πh2(R−3h)=π⋅36⋅(4−2)=72π cm3. d) Đúng vì 512+72π≈738 cm3.
Phương trình hoành độ giao điểm: x2−3x+5=x+2⟺x2−4x+3=0⟺x=1 hoặc x=3. Vì x2−3x+5>0 và x+2>0 trên [1;3], thể tích khối tròn xoay là: V=π∫13∣(x+2)2−(x2−3x+5)2∣dx=π∫13[(x+2)2−(x2−3x+5)2]dx=548π.