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第七章立體幾何與空間向量[知識網絡][命題方向]1.空間向量與立體幾何是高考的熱點,難度以中檔或偏難為主,題型涵蓋選擇,填空和解答題,其中解答題必考,總分值大約22分.(1)從近幾年高考情況來看,本章內容在客觀題中主要考查空間幾何體的表面積、體積以及與球相關的問題.(2)在解答題中主要考查線、面位置關系的證明及空間角的計算,如2023年新高考Ⅰ卷第18題第(1)問考查了證明線線平行的方法,第(2)問考查了面面角,建系是解題的關鍵.可以用試點法解決,坐標原點可以是頂點、底面邊上的一點或垂心、重心,要根據空間幾何體的結構特征確定,并且建系后,要能求出有關點的坐標,難度不大,但需要計算細心,防止得分不全的情況.(3)本章重點考查的核心素養為邏輯推理、直觀想象和數學運算.2.空間向量與立體幾何考查的主要內容有:(1)以空間幾何體或與球的切、接為背景考查幾何體的結構特征、表面積、體積、球的性質等;(2)以空間幾何體為載體考查空間線、面位置關系的證明以及空間角和距離的計算;(3)以空間向量為輔助工具解決空間角的計算與線、面位置關系的證明.探究1(人教A版必修第二冊P102)圓柱可以由矩形旋轉得到,圓錐可以由直角三角形旋轉得到.圓臺是否也可以由平面圖形旋轉得到?如果可以,由什么平面圖形旋轉得到?如何旋轉?_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________探究2(人教A版必修第二冊P117)圓柱、圓錐、圓臺的體積公式之間有什么關系?結合棱柱、棱錐、棱臺的體積公式,你能將它們統一成柱體、錐體、臺體的體積公式嗎?柱體、錐體、臺體的體積公式之間又有怎樣的關系?_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(2022·新高考Ⅰ卷)南水北調工程緩解了北方一些地區水資源短缺問題,其中一部分水蓄入某水庫.已知該水庫水位為海拔148.5m時,相應水面的面積為140.0km2;水位為海拔157.5m時,相應水面的面積為180.0km2.將該水庫在這兩個水位間的形狀看作一個棱臺,則該水庫水位從海拔148.5m上升到157.5m時,增加的水量約為(eq\r(7)≈2.65)()A.1.0×109m3 B.1.2×109m3C.1.4×109m3 D.1.6×109m3點評本題與教材思考題都考查臺體的體積公式.探究3(人教A版必修第二冊P151)兩條相交直線可以確定一個平面,兩條平行直線也可以確定一個平面,那么定理“如果一條直線與一個平面內的兩條相交直線垂直,那么該直線與此平面垂直”中的“兩條相交直線”可以改為“兩條平行直線”嗎?你能從向量的角度解釋原因嗎?如果改為“無數條直線”呢?____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________探究4(人教A版必修第二冊P160)設平面α⊥平面β,點P在平面α內,過點P作平面β的垂線a,直線a與平面α具有什么位置關系?____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________典題1(人教A版必修第二冊P116練習T4)求證:直三棱柱的任意兩個側面的面積和大于第三個側面的面積.______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________典題2(人教A版必修第二冊P120習題8.3T3)如圖,一個三棱柱形容器中盛有水,側棱AA1=8.若側面AA1B1B水平放置時,水面恰好過AC,BC,A1C1,B1C1的中點.那么當底面ABC水平放置時,水面高為多少?_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(2021·北京卷)對24小時內降水在平地上的積水厚度(mm)進行如下定義:0~1010~2525~5050~100小雨中雨大雨暴雨小明用一個圓錐形容器接了24小時的雨水,則這一天的雨水屬于哪個等級()A.小雨 B.中雨C.大雨 D.暴雨點評本題與教材習題的解題思路完全一樣,都是利用變換兩類幾何體的體積相等求水面的高度.典題3(人教A版必修第二冊P120習題8.3T4)如圖,圓錐PO的底面直徑和高均是a,過PO的中點O′作平行于底面的截面,以該截面為底面挖去一個圓柱,求剩下幾何體的表面積和體積.______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(2022·全國甲卷)甲、乙兩個圓錐的母線長相等,側面展開圖的圓心角之和為2π,側面積分別為S甲和S乙,體積分別為V甲和V乙.若eq\f(S甲,S乙)=2,則eq\f(V甲,V乙)=()A.eq\r(5) B.2eq\r(2)C.eq\r(10) D.eq\f(5\r(10),4)點評本題與教材習題都考查了空間幾何體體積的求解.典題4(人教A版必修第二冊P120習題8.3T9)如圖是一個獎杯的三視圖,試根據獎杯的三視圖計算它的表面積和體積.(可用計算工具,尺寸如圖,單位:cm,π取3.14,結果取整數.)______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________點評千萬不要認為三視圖不在高考的范圍內,此內容在初中學過,在教材中也出現了,高考試題中出現了正常.典題5(人教A版必修第二冊P137例2)求證:空間四邊形相鄰兩邊中點的連線平行于經過另外兩邊的平面._________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________典題6(人教A版必修第二冊P138例3)如圖所示的一塊木料中,棱BC平行于面A′C′.(1)要經過面A′C′內的一點P和棱BC將木料鋸開,在木料表面應該怎樣畫線?(2)所畫的線與平面AC是什么位置關系?______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________典題7(人教A版必修第二冊P144習題8.5T8)如圖,直線AA′,BB′,CC′相交于點O,AO=A′O,BO=B′O,CO=C′O,求證:平面ABC∥平面A′B′C′.___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________典題8(人教A版必修第二冊P144習題8.5T9)如圖,E,E′分別為長方體ABCD-A′B′C′D′的棱AD,A′D′的中點,求證:∠BEC=∠B′E′C′.___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________典題9(人教A版必修第二冊P145習題8.5T13)如圖,α∥β∥γ,直線a與b分別交α,β,γ于點A,B,C和點D,E,F,求證:eq\f(AB,BC)=eq\f(DE,EF).__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________典題10(人教A版必修第二冊P145習題8.5T15)如圖,透明塑料制成的長方體容器ABCD-A1B1C1D1內灌進一些水,固定容器底面一邊BC于地面上,再將容器傾斜.隨著傾斜度的不同,有下面五個命題:(1)有水的部分始終呈棱柱形;(2)沒有水的部分始終呈棱柱形;(3)水面EFGH所在四邊形的面積為定值;(4)棱A1D1始終與水面所在平面平行;(5)當容器傾斜如圖(3)所示時,BE·BF是定值.其中所有正確命題的序號是________,為什么?_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________典題11(人教A版必修第二冊P147例1)如圖,已知正方體ABCD-A′B′C′D′.(1)哪些棱所在的直線與直線AA′垂直?(2)求直線BA′與CC′所成的角的大小.(3)求直線BA′與AC所成的角的大小.____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(2021·全國乙卷)在正方體ABCD-A1B1C1D1中,P為B1D1的中點,則直線PB與AD1所成的角為()A.eq\f(π,2) B.eq\f(π,3)C.eq\f(π,4) D.eq\f(π,6)點評本題和教材例題類似,無論是問題的載體,還是考查角度、解題方法完全一樣.其實就是在教材例題的基礎上稍微換了一條直線而已.典題12(人教A版必修第二冊P147例2)如圖,在正方體ABCD-A1B1C1D1中,O1為底面A1B1C1D1的中心.求證:AO1⊥BD.____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(多選)(2021·新高考Ⅱ卷)如圖,在正方體中,O為底面的中心,P為所在棱的中點,M,N為正方體的頂點,則滿足MN⊥OP的是()點評本題和教材例題類似,考查角度都是證明線線垂直,其方法都是通過線面垂直或利用空間向量解決問題.典題13(人教A版必修第二冊P151例3)求證:如果兩條平行直線中的一條直線垂直于一個平面,那么另一條直線也垂直于這個平面.已知:如圖,a∥b,a⊥α,求證:b⊥α.________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________典題14(人教A版必修第二冊P152練習T4)過△ABC所在平面α外一點P作PO⊥α.垂足為O.連接PA,PB,PC.(1)若PA=PB=PC,則點O是△ABC的________心.(2)若PA=PB=PC,∠C=90°,則點O是AB邊的________點.(3)若PA⊥PB,PB⊥PC,PC⊥PA,垂足都為P,則點O是△ABC的________心._______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________典題15(人教A版必修第二冊P154例6)推導棱臺的體積公式V棱臺=eq\f(1,3)h(S′+eq\r(S′S)+S).其中S′,S分別是棱臺的上、下底面面積,h是高.___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(2021·新高考Ⅱ卷)正四棱臺的上、下底面的邊長分別為2,4,側棱長為2,則其體積為()A.20+12eq\r(3) B.28eq\r(2)C.eq\f(56,3) D.eq\f(28\r(2),3)點評本題是教材例題所推導的公式的具體應用,可由四棱臺的幾何特征算出該幾何體的高及上下底面面積,再由棱臺的體積公式即可得解.典題16(人教A版必修第二冊P158例8)如圖,AB是⊙O的直徑,PA垂直于⊙O所在的平面,C是圓周上不同于A,B的任意一點,求證:平面PAC⊥平面PBC.________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________典題17(人教A版必修第二冊P164習題8.6T19)如圖,在直三棱柱ABC-A1B1C1中,∠ABC=90°,AA1=AB,求證:A1C⊥AB1._____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________典題18(人教A版必修第二冊P165習題8.6T20)如圖,AB是⊙O的直徑,點C是⊙O上的動點,過動點C的直線VC垂直于⊙O所在平面,D,E分別是VA,VC的中點.判斷直線DE與平面VBC的位置關系,并說明理由.__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________典題19(人教A版必修第二冊P165習題8.6T21)如圖,在四棱錐P-ABCD中,底面ABCD為正方形,PA⊥底面ABCD,PA=AB,E為線段PB的中點,F為線段BC上的動點.平面AEF與平面PBC是否互相垂直?如果垂直,請證明;如果不垂直,請說明理由.__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________典題20(人教A版必修第二冊P170復習參考題8T10)如圖,在邊長為2的正方形ABCD中,點E是AB的中點,點F是BC的中點,將△AED,△BEF,△DCF分別沿DE,EF,DF折起,使A,B,C三點重合于點A′.(1)求證:A′D⊥EF;(2)求三棱錐A′-EFD的體積.___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________典題21(人教A版必修第二冊P171復習參考題8T13)如圖,在三棱錐P-ABC中,∠ACB=90°,PA⊥底面ABC.(1)求證:平面PAC⊥平面PBC;(2)若AC=BC=PA,M是PB的中點,求AM與平面PBC所成角的正切值.__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________典題22(人教A版必修第二冊P171復習參考題8T14)如圖,在四棱錐P-ABCD中,底面ABCD為正方形,側面PAD是正三角形,側面PAD⊥底面ABCD,M是PD的中點.(1)求證:AM⊥平面PCD;(2)求側面PBC與底面ABCD所成二面角的余弦值._____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________典題23(人教A版選擇性必修第一冊P34例6)如圖,在棱長為1的正方體ABCD-A1B1C1D1中,E為線段A1B1的中點,F為線段AB的中點.(1)求點B到直線AC1的距離;(2)求直線FC到平面AEC1的距離._________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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