Formeln für Volumen und Oberfläche - Körper 2


Formeln für Volumen und Oberfläche - Körper 2
Einleitung
In diesem aiMOOC lernst Du, wie Du die wichtigsten Formeln für Volumen und Oberfläche geometrischer Körper verstehst, anwendest und erklärst. Es geht nicht nur darum, Formeln auswendig zu lernen. Entscheidend ist, dass Du erkennst, welche Fläche gemeint ist, welche Länge eingesetzt werden muss und warum eine Formel so aufgebaut ist. Du arbeitest mit Würfel, Quader, Prisma, Zylinder, Pyramide, Kegel und Kugel.
Ein geometrischer Körper ist eine räumliche Figur. Er besitzt eine Ausdehnung in drei Richtungen: Länge, Breite und Höhe. Sein Volumen beschreibt, wie viel Raum er einnimmt. Seine Oberfläche beschreibt, wie groß alle äußeren Begrenzungsflächen zusammen sind. Das ist im Alltag wichtig, zum Beispiel beim Verpacken, Bauen, Befüllen, Streichen, Drucken mit einem 3D-Drucker oder beim Planen von Materialkosten.

Grundbegriffe
Volumen
Das Volumen ist der Rauminhalt eines Körpers. Es beantwortet die Frage: Wie viel passt hinein? oder Wie viel Raum nimmt der Körper ein? Volumen wird in Kubikeinheiten angegeben, zum Beispiel , oder . Ein Würfel mit der Kantenlänge hat das Volumen .
Merke: Beim Volumen werden drei Längenrichtungen miteinander verknüpft. Deshalb entstehen Kubikeinheiten.
Oberfläche
Die Oberfläche eines Körpers ist die Summe aller äußeren Flächen. Sie beantwortet die Frage: Wie viel Fläche muss bedeckt, gestrichen, beklebt oder verpackt werden? Die Oberfläche wird in Quadrateinheiten angegeben, zum Beispiel , oder .
Merke: Bei der Oberfläche werden Flächen berechnet. Deshalb entstehen Quadrateinheiten.
Grundfläche, Mantelfläche und Höhe
Viele Körper lassen sich mit denselben Ideen beschreiben. Die Grundfläche ist eine ausgewählte Fläche, auf der der Körper stehen kann. Die Höhe ist der senkrechte Abstand zur gegenüberliegenden Fläche oder Spitze. Die Mantelfläche besteht aus den seitlichen Flächen. Bei Prismen und Zylindern hilft oft der Umfang der Grundfläche. Bei Pyramiden und Kegeln spielt zusätzlich die Seitenhöhe oder Mantellinie eine Rolle.

Formeln verstehen statt auswendig lernen
Grundidee 1: Grundfläche mal Höhe
Viele Volumenformeln folgen dem Muster:
Dabei bedeutet die Grundfläche und die Höhe. Diese Grundidee passt für Körper mit gleichbleibender Querschnittsfläche, zum Beispiel Prismen und Zylinder. Du kannst Dir vorstellen, dass eine Grundfläche in die Höhe gezogen wird.
Grundidee 2: Ein Drittel bei Spitzkörpern
Bei Pyramiden und Kegeln läuft der Körper zu einer Spitze zusammen. Deshalb ist ihr Volumen bei gleicher Grundfläche und gleicher Höhe nur ein Drittel des passenden Prismas oder Zylinders:
Das Drittel entsteht, weil die Querschnittsflächen auf dem Weg zur Spitze kleiner werden.
Grundidee 3: Oberfläche ist die Summe aller Außenflächen
Für Oberflächen gibt es keine einzige Formel, die bei jedem Körper sofort gleich aussieht. Die Grundidee ist aber immer gleich:
Bei Körpern mit Netzen kannst Du den Körper gedanklich aufklappen. Dann berechnest Du die einzelnen Teilflächen und addierst sie.

Formelsammlung der wichtigsten Körper
Würfel
Ein Würfel hat sechs gleich große quadratische Flächen. Alle Kanten sind gleich lang. Die Kantenlänge wird meist mit bezeichnet.
| Größe | Formel | Erklärung |
|---|---|---|
| Volumen | Länge mal Breite mal Höhe, also | |
| Oberfläche | sechs gleiche Quadrate mit je |
Beispiel: Hat ein Würfel die Kantenlänge , dann gilt und .
Quader
Ein Quader hat sechs rechteckige Flächen. Seine Kantenlängen heißen oft , und .
| Größe | Formel | Erklärung |
|---|---|---|
| Volumen | Länge mal Breite mal Höhe | |
| Oberfläche | je zwei gegenüberliegende Rechtecke sind gleich groß |
Beispiel: Ein Quader mit , und hat und .
Prisma
Ein Prisma hat zwei kongruente, parallele Grundflächen. Die Seitenflächen bilden die Mantelfläche. Bei einem geraden Prisma stehen die Seitenkanten senkrecht auf der Grundfläche.
| Größe | Formel | Erklärung |
|---|---|---|
| Volumen | Grundfläche wird um die Höhe in den Raum gezogen | |
| Mantelfläche bei geradem Prisma | Umfang der Grundfläche mal Höhe | |
| Oberfläche | zwei Grundflächen plus Mantelfläche |
Dabei ist der Inhalt der Grundfläche, der Umfang der Grundfläche und die Höhe des Prismas.
Zylinder
Ein Zylinder hat zwei kreisförmige Grundflächen und eine gekrümmte Mantelfläche. Beim geraden Kreiszylinder stehen Grund- und Deckkreis parallel übereinander.
| Größe | Formel | Erklärung |
|---|---|---|
| Grundfläche | Kreisfläche mit Radius | |
| Volumen | Kreisfläche mal Höhe | |
| Mantelfläche | Umfang des Grundkreises mal Höhe | |
| Oberfläche | zwei Kreise plus Mantelfläche |
Ein Zylinder ist der runde Verwandte des Prismas: Die Grundfläche bleibt entlang der Höhe gleich groß.
Pyramide
Eine Pyramide besitzt eine Grundfläche und eine Spitze. Die Seitenflächen sind Dreiecke. Für jede Pyramide gilt:
| Größe | Formel | Erklärung |
|---|---|---|
| Volumen | ein Drittel des passenden Prismas | |
| Oberfläche | Grundfläche plus Mantelfläche |
Bei einer geraden quadratischen Pyramide mit Grundkante und Seitenhöhe gilt für die Mantelfläche:
Die Oberfläche ist dann .
Kegel
Ein Kegel hat eine kreisförmige Grundfläche und eine Spitze. Der Radius heißt , die Höhe und die Mantellinie .
| Größe | Formel | Erklärung |
|---|---|---|
| Grundfläche | Kreisfläche | |
| Volumen | ein Drittel des passenden Zylinders | |
| Mantelfläche | Kreisbogen des Mantels und Mantellinie | |
| Oberfläche | Grundkreis plus Mantelfläche |
Bei einem geraden Kegel hängen Radius, Höhe und Mantellinie durch den Satz des Pythagoras zusammen:
Kugel
Eine Kugel hat keinen Rand, keine Kanten und keine Ecken. Alle Punkte der Kugeloberfläche haben denselben Abstand vom Mittelpunkt. Dieser Abstand ist der Radius .
| Größe | Formel | Erklärung |
|---|---|---|
| Volumen | Rauminhalt der Kugel | |
| Oberfläche | Flächeninhalt der Kugeloberfläche |
Die Kugel ist bei vielen Vergleichsfragen besonders interessant, weil sie bei gegebenem Volumen eine sehr kleine Oberfläche besitzt.

Zusammengesetzte Körper
Zusammengesetzte Körper bestehen aus mehreren einfachen Körpern. Du kannst sie berechnen, indem Du sie sinnvoll zerlegst oder ergänzt. Beim Volumen addierst oder subtrahierst Du die Teilvolumina. Bei der Oberfläche musst Du besonders aufpassen: Flächen, die innen aneinanderliegen, gehören nicht zur äußeren Oberfläche.
Beispiel: Steht ein Kegel genau auf einem Zylinder, dann addierst Du beim Volumen das Zylindervolumen und das Kegelvolumen. Bei der Oberfläche zählst Du aber die gemeinsame Kreisfläche nicht doppelt als Außenfläche.
Einheiten und Umrechnungen
Bei Körperberechnungen sind Einheiten ein häufiger Fehler. Längen müssen vor dem Einsetzen in eine Formel in derselben Einheit vorliegen. Aus Quadratzentimetern werden nicht automatisch Kubikzentimeter. Prüfe daher immer, ob Du eine Fläche oder einen Rauminhalt berechnest.
| Größe | Typische Einheit | Bedeutung |
|---|---|---|
| Länge | , | Strecke oder Kante |
| Fläche | , | Teilfläche oder Oberfläche |
| Volumen | , | Rauminhalt |
Merksatz: Verdoppelt sich jede Länge eines ähnlichen Körpers, dann vervierfacht sich die Oberfläche und das Volumen verachtfacht sich.
Strategien zum Lösen von Aufgaben
- Skizze: Zeichne den Körper oder sein Netz und markiere die gegebenen Größen.
- Formel: Wähle zuerst die passende Formel und prüfe, ob Volumen oder Oberfläche gefragt ist.
- Einheit: Wandle alle Längen in dieselbe Einheit um.
- Einsetzen: Setze die Werte sorgfältig ein und achte auf Quadrate und Kuben.
- Ergebnis: Schreibe das Ergebnis mit richtiger Einheit und prüfe, ob es realistisch ist.
Typische Fehler vermeiden
- Radius und Durchmesser: Beim Kreis gilt . Setze in die Formeln den Radius ein, nicht den Durchmesser.
- Oberfläche und Mantelfläche: Die Mantelfläche ist nur der seitliche Teil. Die Oberfläche enthält zusätzlich Grund- und Deckflächen.
- Höhe und Seitenhöhe: Bei Pyramide und Kegel ist die senkrechte Höhe nicht dasselbe wie Seitenhöhe oder Mantellinie.
- Einheiten: Flächen haben Quadrateinheiten, Volumen haben Kubikeinheiten.
- Zusammengesetzter Körper: Innenliegende Kontaktflächen gehören nicht zur äußeren Oberfläche.
Videos zur Vertiefung
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Interaktive Aufgaben
Quiz: Teste Dein Wissen
Welche Einheit passt zu einem Volumen? (Kubikzentimeter) (!Quadratzentimeter) (!Zentimeter) (!Grad)
Welche Formel beschreibt das Volumen eines Quaders mit den Kanten a, b und c? (V gleich a mal b mal c) (!V gleich a plus b plus c) (!V gleich 2 mal a mal b) (!V gleich 6 mal a Quadrat)
Warum steht bei Pyramide und Kegel ein Drittel in der Volumenformel? (Weil sie Spitzkörper sind) (!Weil sie immer drei Flächen haben) (!Weil ihre Grundfläche dreieckig sein muss) (!Weil ihre Höhe dreimal gemessen wird)
Welche Aussage zur Oberfläche ist richtig? (Sie ist die Summe aller äußeren Flächen) (!Sie ist immer gleich dem Volumen) (!Sie wird in Kubikeinheiten angegeben) (!Sie beschreibt nur die Grundfläche)
Welche Formel passt zur Mantelfläche eines geraden Zylinders? (M gleich 2 pi r h) (!M gleich pi r Quadrat) (!M gleich 4 pi r Quadrat) (!M gleich ein Drittel pi r Quadrat h)
Was ist bei Kreisformeln in Körperaufgaben besonders wichtig? (Der Radius wird eingesetzt) (!Der Durchmesser wird immer direkt eingesetzt) (!Die Höhe wird immer quadriert) (!Die Mantelfläche wird nie gebraucht)
Welche Formel beschreibt die Oberfläche eines Würfels mit Kantenlänge a? (O gleich 6 a Quadrat) (!O gleich a hoch drei) (!O gleich 4 pi r Quadrat) (!O gleich a mal b mal c)
Wie berechnest Du das Volumen eines Prismas? (Grundfläche mal Höhe) (!Umfang mal Radius) (!Mantelfläche mal drei) (!Oberfläche geteilt durch Höhe)
Welche Flächen zählen bei zusammengesetzten Körpern nicht zur äußeren Oberfläche? (Innenliegende Kontaktflächen) (!Alle gekrümmten Flächen) (!Alle Grundflächen) (!Alle sichtbaren Flächen)
Welche Formel passt zum Oberflächeninhalt einer Kugel? (O gleich 4 pi r Quadrat) (!O gleich pi r Quadrat h) (!O gleich ein Drittel G h) (!O gleich 2 a plus 2 b plus 2 c)
Memory
| Volumen | Rauminhalt |
| Oberfläche | Summe der Außenflächen |
| Mantelfläche | Seitliche Begrenzung |
| Grundfläche | Ausgangsfläche eines Körpers |
| Radius | Abstand vom Mittelpunkt zum Kreisrand |
| Prisma | Körper mit zwei kongruenten Grundflächen |
| Kegel | Spitzkörper mit Kreisgrundfläche |
| Kugel | Körper ohne Kanten und Ecken |
Drag and Drop
| Ordne die richtigen Begriffe zu. | Bedeutung |
|---|---|
| Volumen | Rauminhalt eines Körpers |
| Oberfläche | Summe der äußeren Flächen |
| Mantelfläche | Seitliche Fläche ohne Grundflächen |
| Radius | Abstand vom Mittelpunkt zum Rand des Kreises |
| Höhe | Senkrechter Abstand zwischen Grundfläche und Deckfläche oder Spitze |
| Grundfläche | Fläche, von der aus ein Körper aufgebaut gedacht wird |
Kreuzworträtsel
| Volumen | Wie nennt man den Rauminhalt eines Körpers? |
| Quader | Welcher Körper hat sechs rechteckige Flächen? |
| Prisma | Welcher Körper hat zwei kongruente und parallele Grundflächen? |
| Radius | Welche Strecke führt vom Mittelpunkt eines Kreises zum Kreisrand? |
| Mantel | Wie heißt der seitliche Teil der Oberfläche kurz? |
| Kegel | Welcher Spitzkörper hat eine Kreisgrundfläche? |
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Lückentext
Offene Aufgaben
Leicht
- Formel-Steckbrief: Erstelle für Würfel, Quader, Zylinder und Kugel je eine Karte mit Skizze, Formel für Volumen, Formel für Oberfläche und einer Alltagssituation.
- Körper im Alltag: Suche zu Hause fünf Gegenstände, die annähernd wie geometrische Körper aussehen, und notiere, welcher Körper jeweils passt.
- Einheiten-Check: Sammle Beispiele für Längen-, Flächen- und Volumeneinheiten und erkläre an drei Beispielen, woran Du die richtige Einheit erkennst.
- Körpernetz: Zeichne ein Netz eines Quaders und beschrifte alle Flächen so, dass daraus die Oberflächenformel erkennbar wird.
Standard
- Rechenweg erklären: Löse eine Aufgabe zum Volumen eines Zylinders und schreibe zu jedem Rechenschritt einen erklärenden Satz.
- Formelvergleich: Vergleiche Prisma und Pyramide mit gleicher Grundfläche und gleicher Höhe und erkläre mit einer Skizze, warum sich die Volumina unterscheiden.
- Verpackungsproblem: Entwirf eine quaderförmige Verpackung für einen Gegenstand und berechne, wie viel Material für die äußere Oberfläche mindestens gebraucht wird.
- Fehleranalyse: Erfinde drei typische Fehler bei Körperberechnungen und korrigiere sie mit einer kurzen Begründung.
Schwer
- Zusammengesetzter Körper: Entwirf einen Körper aus Zylinder und Kegel, berechne sein Volumen und begründe, welche Flächen zur äußeren Oberfläche gehören.
- Modellbau: Baue aus Papier oder Karton ein Prisma oder eine Pyramide, dokumentiere Dein Netz und überprüfe Deine Oberflächenberechnung am Modell.
- Skalierung: Untersuche an einem selbst gewählten Körper, wie sich Oberfläche und Volumen verändern, wenn alle Längen verdoppelt oder verdreifacht werden.
- Erklärvideo: Produziere ein kurzes Lernvideo, in dem Du den Unterschied zwischen Volumen, Mantelfläche und Oberfläche an einem konkreten Körper erklärst.


Lernkontrolle
- Transferaufgabe Verpackung: Eine Firma möchte eine Dose vergrößern. Erkläre, warum Materialbedarf und Füllmenge nicht im gleichen Verhältnis wachsen.
- Begründungsaufgabe Spitzkörper: Erkläre mit eigenen Worten, warum ein Kegel bei gleicher Grundfläche und Höhe weniger Volumen hat als ein Zylinder.
- Fehlerdiagnose: In einer Lösung wurde beim Kegel der Durchmesser statt des Radius eingesetzt. Beschreibe die Auswirkung auf das Ergebnis und korrigiere den Ansatz.
- Modellierungsaufgabe: Ein zusammengesetzter Körper besteht aus Quader und Halbzylinder. Beschreibe einen sinnvollen Lösungsplan für Volumen und Oberfläche.
- Vergleichsaufgabe: Zwei Körper haben dasselbe Volumen, aber unterschiedliche Oberflächen. Erkläre, warum das für Verpackung, Wärmeverlust oder Materialverbrauch wichtig sein kann.
- Kommunikationsaufgabe: Formuliere eine Erklärung für eine jüngere Lerngruppe, wie man erkennt, ob eine Aufgabe nach Volumen oder Oberfläche fragt.
Lernnachweis
- Formelverständnis: Du kannst die Formeln für Volumen und Oberfläche wichtiger Körper nennen und ihre Bestandteile erklären.
- Anwendung: Du kannst passende Formeln auswählen, Werte einsetzen und Ergebnisse mit korrekten Einheiten angeben.
- Darstellung: Du kannst Körper, Netze oder Skizzen nutzen, um Oberflächen und Teilflächen sichtbar zu machen.
- Begründung: Du kannst erklären, warum bei Pyramide und Kegel der Faktor ein Drittel auftritt.
- Transfer: Du kannst zusammengesetzte Körper zerlegen und begründen, welche Flächen zur äußeren Oberfläche gehören.
- Reflexion: Du kannst typische Fehler erkennen, korrigieren und anderen verständlich erklären.
OERs zum Thema
Links
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