體積計算器

計算立方體、長方體、圓柱體、球體、圓錐體、四稜錐、三稜柱的體積——只需選擇形狀,公式自動計算。圓柱體、球體、圓錐體還會同時計算表面積。

各立體圖形的體積公式一覽

立體圖形 公式
立方體 體積 = 邊長 × 邊長 × 邊長
長方體 體積 = 長 × 寬 × 高
圓柱體 體積 = π × 半徑2 × 高,表面積 = 2π×半徑2 + 2π×半徑×高
球體 體積 = (4/3) × π × 半徑3,表面積 = 4π×半徑2
圓錐體 體積 = (1/3) × π × 半徑2 × 高,表面積 = π×半徑2 + π×半徑×母線
四稜錐 體積 = (1/3) × 邊長2 × 高
三稜柱 體積 = 底面積(三角形)× 稜柱長度

體積的單位是所輸入長度單位的3次方(例如以cm輸入,結果為cm³)。表面積則是該單位的2次方。

使用提示

  • 面積計算器針對的是二維圖形,本工具則是它的三維版本。稜柱、稜錐都遵循「底面積×高(或×1/3)」這一共通思路,理解了面積公式後,體積公式也會更容易掌握。
  • 在DIY專案中估算所需木材或混凝土用量時,先計算長方體或圓柱體的體積,可以避免材料買多或買少。
  • 想知道魚缸或水箱的容量時,選擇圓柱體或長方體,輸入內部尺寸(單位cm),得到的體積(cm³)除以1000即可換算成升。
  • 計算圓錐表面積所需的母線(從頂點到底面圓周上一點的距離)會根據半徑和高自動算出,無需另外手動套用勾股定理。
  • 稜錐、圓錐的體積恰好是同底同高的稜柱、圓柱體積的三分之一。記公式時把這個「1/3」的比例關係一併記住,會更容易理解和記憶。

常見問題

立方體是所有稜長都相等的特殊長方體。長方體的長、寬、高可以各不相同,而立方體只需輸入一條邊長即可求出體積,這是兩者的區別所在。

母線是指從圓錐頂點到底面圓周上某一點連線而成的直線段長度。只要知道底面半徑和高,就可以用勾股定理(母線2 = 半徑2 + 高2)自動算出。本工具內部計算表面積時正是使用了這個公式。

古希臘數學家歐多克索斯和德謨克利特曾用「窮竭法」這一思路證明了這一關係。直觀上,一個三稜柱可以分割成三個全等的四面體(稜錐);實驗上也可以驗證:用與稜柱同底同高的稜錐形容器往稜柱容器裡倒水,恰好倒三次就能倒滿。

本工具沒有預設具體的長度單位,因此體積的單位就是所輸入單位的3次方。例如以釐米(cm)輸入,體積結果請理解為cm³(立方釐米)。表面積則是該單位的2次方(例如cm²)。

這一關係源於把球的體積看作無數層極薄球殼的累積。事實上,將球體積公式對半徑r求導,正好得到表面積公式4πr²——因為半徑微小增加時新增加的體積,近似等於那一瞬間球的表面積乘以增加的厚度。
ツールくん

閒話 ― 阿基米德刻在墓碑上的「圓柱與球」的關係

古希臘數學家阿基米德發現,一個球與恰好外切於它的圓柱(高和直徑都與球相同的圓柱)之間的體積比恆為2:3。圓柱體積為πr²×2r = 2πr³,球的體積為(4/3)πr³,兩者之比恰好是2πr³ : (4/3)πr³ = 3 : 2。據說阿基米德對這一發現極為自豪,遺言要求在自己的墓碑上刻上圓柱內接球的圖形。

稜錐、圓錐的體積恰為同底同高稜柱、圓柱體積三分之一這一性質,據傳由西元前4世紀左右的數學家歐多克索斯嚴格證明,後來也被收錄進歐幾里得的《幾何原本》。早在微積分正式建立的兩千多年前,人類就已用接近極限的思路(窮竭法)求出了這類立體的體積,這是幾何學歷史上的重要里程碑之一。

日常生活中立體體積的計算,從設計水箱容量、估算3D印表機材料用量,到包裝設計中計算箱體容積,至今仍在廣泛的實務領域中被使用。公式本身自古以來幾乎沒有變化,但其應用範圍仍在不斷擴大。