高一数学必修第二册第八章《立体几何初步》单元练习题卷3（共22题）一、选择题（共10题）1.若正棱锥底面边长与侧棱长相等，则该棱锥一定不是( )A．三棱锥B．四棱锥C．五棱锥D．六棱锥2.两条直线a，b和直线l所成的角相等，则直线a，b( )A．相交B．异面C．平行D．可能相交，平行或异面3.已知在棱锥P−ABC的三条侧棱两两互相垂直，且PA=1，PB=2，PC=√3，则此三棱锥的外接球的表面积为( )A．8πB．8√2πC．16πD．32π4.若一个直三棱柱的所有棱长都为1，且其顶点都在一个球面上，则该球的表面积为( )A．πB．7π3C．11π3D．5π5.已知a，b，c为三条不重合的直线，α，β，γ为三个不重合的平面，下列四个命题中，正确命题的个数是( )① a∥c,b∥c}⇒a∥b；② a∥γ,b∥γ}⇒a∥b；③ a∥γ,α∥γ}⇒a∥α；④ a∥c,a⊄α}⇒a∥α．A．1B．2C．3D．46.在斜棱柱的侧面中，矩形最多有( )A．2个B．3个C．4个D．6个7.已知棱长为1的正方体被两个平行平面截去一部分后，剩余部分的三视图如图所示，则剩余部分的表面积为( )A．23B．3+√3C．9+√32D．2√38.如图所示，圆柱形容器的底面直径等于球的直径2R，把球放在圆柱里，注入水，使水面与球正好相切，然后将球取出，此时容器中水的深度是( )A．2R B．4R3C．23R D．R39.将图（1）中的等腰直角三角形ABC沿斜边BC的中线AD折起得到空间四面体ABCD，如图（2），则在空间四面体ABCD中，AD与BC的位置关系是( )A．相交且垂直B．相交但不垂直C．异面且垂直D．异面但不垂直10.在空间四边形ABCD中，E，F分别为边AB，AD上的点，且AE:EB=AF:FD=1:4，又H，G分别为BC，CD的中点，则( )A．BD∥平面EFG，且四边形EFGH是矩形B．EF∥平面BCD，且四边形EFGH是梯形C．HG∥平面ABD，且四边形EFGH是菱形D．EH∥平面ADC，且四边形EFGH是平行四边形二、填空题（共6题）11. 如图，将一个长方体用过相邻三条棱的中点的平面截出一个棱锥，则该棱锥的体积与剩下的几何体体积的比为 ．12. 如图所示，在四棱锥 P −ABCD 中，底面 ABCD 是正方形，PA ⊥底面ABCD ，PA =AB =2，E为 PA 的中点．则下列四个命题： （1）PC ⊥BD ；（2）平面 BED 将四棱锥分为两部分，这两部分的体积之比为 1:2； （3）平面PAB ⊥平面PBC ；（4）四棱锥 P −ABCD 外接球的表面积等于 12π． 其中正确的是 （写出所有正确结论的序号）．13. 已知函数 f (x )={x,0≤x ≤12−x,1<x ≤2，将 f (x ) 的图象与 x 轴围成的封闭图形绕 x 轴旋转一周，所得旋转体的体积为 ．14. 已知在三棱锥 A −BCD 中，AB ⊥平面BCD ，∠BDC =90∘，AB =BD =2，CD =1，则三棱锥的外接球体积为 ．15. 三条直线相交于一点，则它们最多能确定 个平面．16. 现有橡皮泥制作的底面半径为 5，高为 9 的圆锥和底面半径为 √3，高为 8 的圆柱各一个．若将它们重新制作成总体积与各自的高均保持不变，但底面半径相同的新的圆锥与圆柱各一个，则新的底面半径为 ，若新圆锥的内接正三棱柱表面积取到最大值，则此正三棱柱的底面边长为 ．三、解答题（共6题）17. 如图，P 是平行四边形 ABCD 所在平面外一点，M 是 PC 的中点，在 DM 上取一点 G ，过点G 和 AP 作平面，交平面 BDM 于 GH ．求证：AP ∥GH ．18.一个圆锥的底面半径为R，高为√3R．(1) 求圆锥的表面积；(2) 求圆锥内接正四棱柱的表面积的最大值．19.如图，在三棱锥P−ABC中，PA⊥平面ABC，AC⊥BC，D为侧棱PC上一点，它的正（主）视图和侧（左）视图如图所示．(1) 证明：AD⊥平面PBC；(2) 求三棱锥D−ABC的体积；(3) 在∠ACB的平分线上确定一点Q，使得PQ∥平面ABD，并求此时PQ的长．20.已知正四棱柱ABCD−A1B1C1D1中，底面边长为2，AA1=4，点M在线段CC1上．(1) 求异面直线A1B与AC所成角的大小（用反三角函数值表示）；，求多面体ABM−A1B1C1的体积．(2) 若直线AM、平面ABC所成角大小为π421.如图，正六棱锥被过棱锥高PO的中点Oʹ且平行于底面的平面所截，得到正六棱台OOʹ和较小的棱锥POʹ．(1) 求大棱锥，小棱锥，棱台的侧面面积之比；(2) 若大棱锥的侧棱长为12cm，小棱锥的底面边长为4cm，求截得的棱台的侧面面积和表面积．22.如图，在棱长为2的正方体ABCD−A1B1C1D1中，E，F分别为A1D1，B1C1的中点．(1) 求证：平面AB1E∥平面BD1F；(2) 求平面AB1E与平面BD1F之间的距离．答案一、选择题（共10题） 1. 【答案】D【解析】若正六棱锥底面边长与侧棱长相等，则正六棱锥的侧面都是等边三角形，侧面的六个顶角都为 60∘，六个顶角的和为 360∘，这样一来，六条侧棱在同一个平面内，这是不可能的． 【知识点】棱锥的结构特征2. 【答案】D【知识点】直线与直线的位置关系3. 【答案】A【知识点】组合体、球的表面积与体积4. 【答案】B【解析】画出其立体图形：因为直三棱柱的所有棱长都为 1，且每个顶点都在球 O 的球面上，设此直三棱柱两底面的中心分别为 O 1，O 2，则球心 O 为线段 O 1O 2 的中点， 设球 O 的半径为 R ，在 △A 1B 1C 1 中 A 1O 1 是其外接圆半径 r ， 由正弦定理可得：2r =1sin60∘，r =2√32=√33，即 A 1O 1=√33． 在 Rt △A 1O 1O 中，A 1O 2=A 1O 12+O 1O 2=(√33)2+(12)2=13+14=712．所以球 O 的表面积 S =4πR 2=4π×712=7π3．【知识点】球的表面积与体积5. 【答案】A【知识点】直线与平面平行关系的性质6. 【答案】D【知识点】棱柱的结构特征7. 【答案】B【解析】由三视图可得，该几何体为如图所示的正方体ABCD−A1B1C1D1截去三棱锥D1−ACD 和三棱锥B−A1B1C1后的剩余部分．其表面为六个腰长为1的等腰直角三角形和两个边长为√2的等边三角形，所以其表面积为6×12×12+2×√34×(√2)2=3+√3．【知识点】棱锥的表面积与体积8. 【答案】C【解析】由题意，水的体积=πR2⋅2R−43πR3=23πR3，所以容器中水的深度ℎ=23πR3πR2=23R．【知识点】球的表面积与体积9. 【答案】C【解析】折起前AD⊥BC，折起后有AD⊥BD，AD⊥DC，所以AD⊥平面BCD，所以AD⊥BC．又AD与BC不相交，故AD与BC异面且垂直．【知识点】直线与直线的位置关系10. 【答案】B【解析】如图所示，在平面ABD内，因为AE:EB=AF:FD=1:4，所以EF∥BD．又BD⊂平面BCD，EF⊄平面BCD，所以EF∥平面BCD．因为H，G分别是BC，CD的中点，所以HG∥BD，所以HG∥EF．又EFBD =AEAB=15，HGBD=CHBC=12，所以EF≠HG．在四边形EFGH中，EF∥HG且EF≠HG，所以四边形EFGH为梯形．【知识点】直线与平面平行关系的判定二、填空题（共6题）11. 【答案】1:47【解析】设长方体长宽高分别为2a，2b，2c，所以长方体体积V1=2a×2b×2c=8abc，三棱锥体积V2=13×12×a×b×c=16abc，所以棱锥的体积与剩下的几何体体积的之比为：V2V1−V2=16abc(8−16)abc=147．【知识点】棱锥的表面积与体积、棱柱的表面积与体积12. 【答案】（1），（3），（4）【解析】（1）如图所示，连接AC，因为四边形ABCD为正方形，所以AC⊥BD．所以PA⊥BD．而PA∩AC=A，所以BD⊥平面PAC．故BD⊥PC．（2）由已知，可得S正方形ABCD=22=4，又PA⊥底面ABCD，所以V P−ABCD=13S正方形ABCD×PA=83．而V E−ABD=13S△ABD×EA=13×12AB×AD×AE=23，所以V E−ABD:(V P−ABCD−V E−ABD)=23:(83−23)=1:3．（3）因为PA⊥平面ABCD，PA⊂平面PAB，所以平面PAB⊥平面ABCD．又平面PAB∩平面ABCD=AB，CB⊥AB，所以CB⊥平面PAB．又CB⊂平面PBC，所以平面PAB⊥平面PBC．（4）由（3），知CB⊥平面PAB，故CB⊥PB．同理CD⊥PD．取PC的中点O，连接OB，OA，OD，如图所示，则在Rt△PBC中，OB=12PC．同理，在Rt△PAC中，OA=12PC．在Rt△PDC中，OD=12PC．所以O为四棱锥P−ABCD的外接球的球心．故外接球的半径r=12PC=12×√22+(2√2)2=√3，其表面积为S=4πr2=12π．综上所述，正确的命题有（1），（3），（4）．【知识点】棱锥的表面积与体积、球的表面积与体积13. 【答案】2π3【解析】函数f(x)的图象是两条线段构成的折线，线段端点依次为(0,0)，(1,1)，(2,0)，所得旋转体是同底的两个圆锥拼在一起，其体积为 13π×12×(1+1)=2π3．【知识点】圆锥的表面积与体积14. 【答案】 92π【解析】如图所示，三棱锥可补形为一个长、宽、高分别为 2，1，2 的长方体， 则三棱锥的外接球与长方体的外接球相同，设外接球半径为 R ， 则：(2R )2=22+22+12，则 R 2=94，R =32， 外接球的体积：V =43πR 3=43π×278=92π．【知识点】组合体、球的表面积与体积15. 【答案】 3【知识点】平面的概念与基本性质16. 【答案】 3 ；9√35【解析】设新的底面半径为 r ， 由 V 旧圆锥+V 旧圆柱=V 新圆锥+V 新圆柱，13×9×π×52+8×π×(√3)2=13×9⋅πr 2+8πr 2， 解得 r 2=9，r =3， 如图正三棱柱 ABC −A 1B 1C 1 内接于该圆锥，设 △A 1B 1C 1 边长为 a ，外接圆半径 R =a2sin60∘=√33a ， 由比例知上半个圆锥高 ℎ1 满足ℎ1 9=R3，ℎ1=3R=√3a，AA1=9−ℎ1=9−√3a，正三棱柱ABC−A1B1C1的，S 表=2S△A1B1C1+3S A1ABB1,=2⋅√34a2+3⋅a(9−√3a),=−√52√3a2+27a,在a=−2⋅(−52√3)时取到最大值，即a=9√35．【知识点】圆柱的表面积与体积、圆锥的表面积与体积三、解答题（共6题）17. 【答案】如图，连接AC，交BD于点O，连接MO．因为四边形ABCD是平行四边形，所以点O是AC的中点．又因为点M是PC的中点，所以OM∥AP．又因为AP⊄平面BDM，OM⊂平面BDM，所以AP∥平面BDM．因为平面PAHG∩平面BDM=GH，AP⊂平面PAHG，所以AP∥GH．【知识点】直线与平面平行关系的判定18. 【答案】(1) 由题意可知，圆锥的母线l长为√R2+(√3R)2=2R，所以该圆锥的表面积为πR(R+l)=3πR2．(2) 如图所示，设正四棱柱的底面对角线的一半为x，易知△PBC∽△PAO，所以BCAO =PCPO，即xR =√3R−OC√3R，解得OC=√3(R−x)，正四棱柱的底面是一个正方形，其底面边长为√2x，底面积为2x2，所以正四棱柱的表面积为S=2×2x2+4×√2x×√3(R−x)=(4−4√6)x2+4√6Rx，由二次函数的基本性质可知，当x=√6R8(√6−1)=√6R2(√6−1)时，正四棱柱的表面积S有最大值，且S max=6(√6+1)R25．【知识点】圆锥的表面积与体积、棱柱的表面积与体积19. 【答案】(1) 因为PA⊥平面ABC，所以PA⊥BC，又AC⊥BC，所以BC⊥平面PAC，所以BC⊥AD．由三视图可得，在△PAC中，PA=AC=4，D为PC中点，所以AD⊥PC，所以AD⊥平面PBC．(2) 由三视图可得BC=4，由（1）知∠ADC=90∘，BC⊥平面PAC，又三棱锥D−ABC的体积即为三棱锥B−ADC的体积，所以所求三棱锥的体积V=13×12×4×12×4×4=163．(3) 取AB的中点O，连接CO并延长至Q，使得CQ=2CO，点Q即为所求．因为O为CQ中点，所以PQ∥OD，因为PQ⊄平面ABD，OD⊂平面ABD，所以PQ∥平面ABD，连接AQ，BQ，四边形ACBQ的对角线互相平分，所以ACBQ为平行四边形，所以AQ=4，又PA⊥平面ABC，所以在直角△PAD中，PQ=√AP2+AQ2=4√2．【知识点】棱锥的表面积与体积、直线与平面垂直关系的判定、直线与平面平行关系的判定、空间线段的长度20. 【答案】(1) 连接BC1，则由于在正四棱柱ABCD−A1B1C1D1中，AC∥A1C1，故异面直线A1B与AC所成角即为直线A1B与A1C1所成的角．因为正四棱柱ABCD−A1B1C1D1中，底面边长为2，AA1=4，所以BC1=2√5，A1B=2√5，A1C1=2√2．所以cos∠BA1C1=BA12+A1C12−BC122BA1A1C1=√1010．所以异面直线A1B与AC所成角即为arccos√1010．(2) 因为正四棱柱ABCD−A1B1C1D1中MC⊥面ABCD，直线AM与平面ABC所成角为π4，所以∠MAC=π4，因为BC=2，所以MC=2√2，因为V ABM−A1B1C1=V ABC−A1B1C1−V M−ABC，所以V ABM−A1B1C1=12×2×2×4−13×12×2×2×2√2=8−4√23，即多面体ABM−A1B1C1的体积为8−4√23．【知识点】异面直线所成的角、棱锥的表面积与体积、棱柱的表面积与体积21. 【答案】(1) 设小棱锥的底面边长为a，斜高为ℎ，则大棱锥的底面边长为2a，斜高为2ℎ，所以大棱锥的侧面面积为6×12×2a×2ℎ=12aℎ，小棱锥的侧面面积为6×12aℎ=3aℎ，所以棱台的侧面面积为9aℎ，所以大棱锥、小棱锥、棱台的侧面面积之比为4:1:3．(2) 因为小棱锥的底面边长为4cm，所以大棱锥的底面边长为8cm，因为大棱锥PO的侧棱长为12cm，所以斜高为√144−16=8√2，所以大棱锥的一个侧面面积为12×8×8√2=32√2，所以棱台的一个侧面面积为24√2，则棱台的侧面积为6×24√2=144√2，棱台的上底面积为6×√34×42=24√3，下底面积为6×√34×82=96√3，所以棱台的表面120√3+144√2cm2．【知识点】棱锥的表面积与体积、棱台的表面积与体积22. 【答案】(1) 因为在正方体ABCD−A1B1C1D1中，E，F分别为A1D1，B1C1的中点，所以D1E∥B1F，D1E=B1F，所以四边形B1FD1E是平行四边形，所以B1E∥D1F，又B1E⊄平面BD1F，D1F⊂平面BD1F，所以B1E∥平面BD1F，连接EF，因为EF∥AB，EF=AB，所以四边形ABFE是平行四边形，所以AE∥BF，又AE⊄平面BD1F，BF⊂平面BD1F，所以AE∥平面BD1F，又因为AE∩B1E=E，AE,B1E⊂平面AB1E，所以平面AB1E∥平面BD1F．(2) 平面AB1E与平面BD1F之间的距离也就是点B到平面AB1E的距离，设为ℎ，因为正方体ABCD−A1B1C1D1的棱长为2，所以AE=B1E=√5，AB1=2√2，所以△AB1E的面积S△AB1E =12×2√2×√(√5)2−(√2)2=√6，所以三棱锥B−AB1E的体积V B−AB1E =13S△AB1E⋅ℎ=√63ℎ，易知三棱锥E−ABB1的体积V E−ABB1=13S△ABB1⋅A1E=13×12×2×2×1=23，由V B−AB1E =V E−ABB1可得，√63ℎ=23，解得ℎ=√63，所以平面AB1E与平面BD1F之间的距离为√63．【知识点】平面与平面平行关系的判定、点面距离（线面距离、点线距离、面面距离）。
第八章 立体几何初步 综合测试(解析版)考试时间120分钟，满分150分．一、单项选择题(本大题共8小题，每小题5分，共40分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的)1．已知三棱柱有a 个顶点，b 条棱，则a －b ＝( A )A ．－3B ．3C ．4D ．－4[解析] 因为a ＝6，b ＝9，所以a －b ＝－3．故选A ．2．在正方体ABCD －A 1B 1C 1D 1的所有面对角线中，所在直线与直线A 1B 互为异面直线且所成角为60°的面对角线的条数为( B )A ．2B ．4C ．6D ．8[解析] 如图，易知△A 1BC 1为等边三角形，所以∠BA 1C 1＝60°，又AC ∥A 1C 1，所以异面直线AC 与A 1B 的夹角为60°，符合题设．同理，面对角线B 1C ，B 1D 1，AD 1也满足题意，所以满足条件的面对角线共4条，故选B ．3．已知某圆柱的内切球半径为92，则该圆柱的侧面积为( D )A ．49π2B ．49πC ．81π2D ．81π[解析] 由题意得，该圆柱底面圆的半径为92，圆柱的高为9，所以该圆柱的侧面积为2π×92×9＝81π．故选D ．4．空间四点A ，B ，C ，D 共面而不共线，那么这四点中( B )A ．必有三点共线 B ．必有三点不共线C ．至少有三点共线D ．不可能有三点共线[解析] ∵A ，B ，C ，D 共面而不共线，这四点可能有三点共线，也可能任意三点不共线，A 错．如果四点中没有三点不共线，则四点共线，矛盾，B 正确．当任意三点不共线时，也满足条件，C 错．当其中三点共线，第四个点不共线时，也满足条件，D 错．5．设α，β为两个不同的平面，则α∥β的一个充分条件可以是( B )A ．α内有无数条直线与β平行B ．α，β垂直于同一条直线C ．α，β平行于同一条直线D ．α，β垂直于同一个平面[解析] α内有无数条直线与β平行不能得出α∥β，两个平面可以相交，故A 错；α，β垂直于同一条直线可以得出α∥β，反之当α∥β时，若α垂直于某条直线，则β也垂直于该条直线，B 正确；α，β平行于同一条直线，则两个平面可以平行也可以相交，故C 错误；垂直于同一平面的两个平面可以平行也可以相交，故D 错误； 故选B ．6．E ，F ，G 分别是空间四边形ABCD 的棱BC ，CD ，DA 的中点，则此四面体中与过E ，F ，G 的截面平行的棱的条数是( C )A ．0B ．1C ．2D ．3[解析] 在△ACD 中，∵G ，F 分别为AD 与CD 的中点，∴GF ∥AC ．而GF ⊂平面EFG ，AC ⊄平面EFG ，∴AC ∥平面EFG ．同理，BD ∥平面EFG ．故选C ．7．如图，P 为平行四边形ABCD 所在平面外一点，过BC 的平面与平面PAD 交于EF ，E 在线段PD 上且异于P 、D ，则四边形EFBC 是( C )A ．空间四边形B ．矩形C ．梯形D ．平行四边形[解析] 因为BC ∥AD ，AD ⊂平面PAD ，BC ⊄平面PAD ，所以BC ∥平面PAD ，因为BC ⊂平面EFBC ，平面EFBC ∩平面PAD ＝EF ，所以BC ∥EF ，因为BC ＝AD ，EF ＜AD ，所以EF ＜BC ，所以四边形EFBC 为梯形，故选C ．8．(2022·新高考Ⅰ卷)南水北调工程缓解了北方一些地区水资源短缺问题，其中一部分水蓄入某水库．已知该水库水位为海拔148.5 m 时，相应水面的面积为140.0 km 2；水位为海拔157.5 m 时，相应水面的面积为180.0 km 2，将该水库在这两个水位间的形状看作一个棱台，则该水库水位从海拔148.5 m 上升到157.5 m 时，增加的水量约为(7≈2.65)( C )A ．1.0×109 m 3B ．1.2×109 m 3C ．1.4×109 m 3D ．1.6×109 m 3[解析] 依题意可知棱台的高为MN ＝157.5－148.5＝9(m)，所以增加的水量即为棱台的体积V ．棱台上底面积S ＝140.0 km 2＝140×106 m 2，下底面积S ′＝180.0 km 2＝180×106 m 2，∴V ＝13h (S ＋S ′＋SS ′)＝13×9×(140×106＋180×106＋140×180×1012)＝3×(320＋607)×106≈(96＋18×2.65)×107＝1.437×109≈1.4×109(m 3)．故选C ．二、多项选择题(本大题共4小题，每小题5分，共20分．在每小题给出的四个选项中，有多个选项是符合题目要求的，全部选对的得5分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)9．以下关于空间几何体特征性质的描述，错误的是( ABC )A ．以直角三角形一边所在直线为旋转轴，其余两边旋转形成的曲面所围成的几何体是圆锥B ．有两个面互相平行，其余各面都是四边形的几何体是棱柱C ．有一个面是多边形，其余各面都是三角形的几何体是棱锥D．两底面互相平行，其余各面都是梯形，侧棱延长线交于一点的几何体是棱台[解析] 以直角三角形的一个直角边所在直线为旋转轴，其余两边旋转形成的曲面所围成的几何体是圆锥，可得A错误；有两个面互相平行，其余各面都是四边形的几何体可能是棱台，不一定是棱柱，故B错误；有一个面是多边形，其余各面都是有公共顶点三角形的几何体叫棱锥，故C错误；根据棱台的定义，可得D正确．故选ABC．10．如图，在四面体ABCD中，截面PQMN是正方形，则在下列命题中，一定正确的为( ABD )A．AC⊥BD B．AC∥截面PQMNC．AC＝BD D．异面直线PM与BD所成的角为45°[解析] ∵QM∥PN，∴QM∥平面ABD，∴QM∥BD，同理可得AC∥MN，∵QM∥BD，AC∥MN，MN⊥QM，∴AC⊥BD，A正确；∵AC∥MN，∴AC∥截面PQMN，B正确；∵QM∥BD，AC∥MN，∴MNAC＋QMBD＝1，C不一定正确；∵QM∥BD，∴异面直线PM与BD所成的角为∠PMQ＝45°，D正确．故选ABD．11．如图，在平行六面体ABCD －A1B1C1D1中，点M，P，Q分别为棱AB，CD，BC的中点，若平行六面体的各棱长均相等，则下列说法正确的是( ACD )A．A1M∥D1P B．A1M∥B1QC．A1M∥平面DCC1D1D．A1M∥平面D1PQB1[解析] 连接PM，因为M、P为AB、CD的中点，故PM平行且等于AD．由题意知AD平行且等于A1D1，故PM平行且等于A1D1，所以四边形PMA1D1为平行四边形，所以A1M∥D1P．故A正确；显然A1M与B1Q为异面直线，故B错误；由A知A1M∥D1P，由于D1P既在平面DCC1D1内，又在平面D1PQB1内，且A1M既不在平面DCC1D1内，又不在平面D1PQB1内，故C、D正确．故选ACD．12．如图，在棱长均相等的正四棱锥P－ABCD中，M、N分别为侧棱PA、PB的中点，O 是底面四边形ABCD对角线的交点，下列结论正确的有( ABC )A．PC∥平面OMN B．平面PCD∥平面OMN C．OM⊥PA D．PD⊥平面OMN[解析] 连接AC，因为O为底面四边形ABCD对角线的交点，所以O为AC的中点，由M是PA的中点，可得PC∥MO，因为PC⊄在平面OMN，OM⊂平面OMN，所以PC∥平面OMN，A正确；同理可推得PD∥平面OMN，而PC∩PD＝P，所以平面PCD∥平面OMN，B正确；因为PD⊂平面PCD，故PD不可能垂直平面OMN，D错误；设该正四棱锥的棱长为a，则PA＝PC＝a，AC＝2a，所以PA⊥PC，因为PC∥MO，所以OM⊥PA，C正确．故选ABC．三、填空题(本大题共4小题，每小题5分，共20分)13．一个圆柱的侧面展开图是一个边长为1的正方形，则该圆柱的体积是__14π__．[解析] ∵圆柱的侧面展开图是边长为1的正方形，∴该圆柱的高h＝1，底面周长2πr＝1，∴底面半径r＝12π，∴该圆柱的体积V＝π×14π2×1＝14π．14．将长为3，宽为2的长方形，绕其一边旋转成的几何体的表面积为__20π或30π__．[解析] 当长方形绕长旋转得圆柱的表面积为22π×2＋4π×3＝20π，当长方形绕宽旋转得圆柱的表面积为32π×2＋6π×2＝30π．故答案为20π或30π．15．一个直径为32厘米的圆柱形水桶中放入一个铁球，球全部没入水中后，水面升高9厘米，则此球的半径为__12__厘米．[解析] V ＝Sh ＝πr 2h ＝43πR 3，R ＝364×27＝12(cm)．16．我国有着丰富悠久的“印章文化”，古时候的印章一般用贵重的金属或玉石制成，本是官员或私人签署文件时代表身份的信物，后因其独特的文化内涵，也被作为装饰物来使用．图1是明清时期的一个金属印章摆件，除去顶部的环以后可以看作是一个正四棱柱和一个正四棱锥组成的几何体，如图2．已知正四棱柱和正四棱锥的高相等，且底面边长均为2，若该几何体的所有顶点都在同一个球的表面上，则这个球的表面积为__9π__．[解析] 设正四棱柱和正四棱锥的高为h ，则其外接球的半径为R ＝12h 2＋22＋22＝12h 2＋8＝h ＋12h ＝32h ，解得h ＝1，所以R ＝32，故球的表面积为S ＝4πR 2＝9π．故答案为：9π．四、解答题(本大题共6小题，共70分．解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤)17．(本小题满分10分)如图，圆锥底面半径为1，高为3．(1)求圆锥内接圆柱(一底面在圆锥底面上，另一底面切于圆锥侧面)侧面积的最大值；(2)圆锥内接圆柱的表面积是否存在最大值？若存在，请求出最大值；若不存在，请说明理由．[解析] (1)设圆柱的底面半径为r ，高为h ，由相似性得：r 1＝3－h3，解得r ＝13(3－h )，所以S 侧面＝2πrh ＝2π×13(3－h )h ＝－2π3(h －32)2＋32π，当h ＝32时，内接圆柱侧面积取得最大值 32π．(2)S 表面积＝2πr 2＋2πrh ＝2π[13(3－h )]2＋2π×13(3－h )h ，＝－4π9(h －34)2＋94π，当h ＝34时，内接圆柱表面积取得最大值 94π．18．(本小题满分12分)如图所示，一个圆锥形的空杯子上面放着一个半球形的冰淇淋，如果冰淇淋融化了，会溢出杯子吗？请用你的计算数据说明理由．[解析] 不会溢出杯子．理由如下：由题图可知半球的半径为4 cm ，所以V 半球＝12×43πR 3＝12×43π×43＝1283π(cm 3)，V圆锥＝13πr 2h ＝13π×42×12＝64π(cm 3)．因为V 半球＜V 圆锥，所以如果冰淇淋融化了，不会溢出杯子．19．(本小题满分12分)如图所示，在四棱锥P －ABCD 中，侧面PAD ⊥底面ABCD ，侧棱PA ⊥PD ，底面ABCD 是直角梯形，其中BC ∥AD ，∠BAD ＝90°，AD ＝3BC ，O 是AD 上一点．(1)若CD∥平面PBO，试指出点O的位置；(2)求证：平面PAB⊥平面PCD．[解析] (1)∵CD∥平面PBO，CD⊂平面ABCD，且平面ABCD∩平面PBO＝BO，∴BO∥CD．又BC∥AD，∴四边形BCDO为平行四边形，则BC＝DO，而AD＝3BC，∴AD＝3OD，即点O是靠近点D的线段AD的一个三等分点．(2)证明：∵侧面PAD⊥底面ABCD，平面PAD∩平面ABCD＝AD，AB⊂底面ABCD，且AB⊥AD，∴AB⊥平面PAD．又PD⊂平面PAD，∴AB⊥PD．又PA⊥PD，AB∩PA＝A，AB，PA⊂平面PAB，∴PD⊥平面PAB．又PD⊂平面PCD，∴平面PAB⊥平面PCD．20．(本小题满分12分)(2020·江苏卷)在三棱柱ABC－A1B1C1中，AB⊥AC，B1C⊥平面ABC，E，F分别是AC，B1C的中点．(1)求证：EF∥平面AB1C1；(2)求证：平面AB1C⊥平面ABB1．[解析] (1)因为E，F分别是AC，B1C的中点，所以EF∥AB1．又EF⊄平面AB1C1，AB1⊂平面AB1C1，所以EF∥平面AB1C1．(2)因为B 1C ⊥平面ABC ，AB ⊂平面ABC ，所以B 1C ⊥AB ．又AB ⊥AC ，B 1C ⊂平面AB 1C ，AC ⊂平面AB 1C ，B 1C ∩AC ＝C ，所以AB ⊥平面AB 1C ．又因为AB ⊂平面ABB 1，所以平面AB 1C ⊥平面ABB 1．21．(本小题满分12分)(2021·全国乙卷)如图，四棱锥P －ABCD 的底面是矩形，PD ⊥底面ABCD ，PD ＝DC ＝1，M 为BC 的中点，且PB ⊥AM ．(1)求BC ；(2)求二面角A －PM －B 的正弦值．[解析] (1)连接BD 交AM 于H ．由AM ⊥PD 及AM ⊥PB ，PD ∩PB ＝P 知AM ⊥平面PBD 则AM ⊥BD ．由BM ＝12BC ＝12AD 知MH ＝12AH ，∴△ABM 中AB 2＝AH ·AM ，即1＝23AM 2，∴AM 2＝32，∴BM 2＝12，BM ＝22，∴BC ＝2．(2)易得△PCB 为等腰直角三角形，∠PCB ＝90°．设B 到PM 的距离为h ，则PM ·h ＝12PC ·BC ＝1，则PM ＝102，∴h ＝210，设B 到平面PAM 的距离为h ′，则S △PAM ·h ′＝S △ABM ·PD ＝24，由PA ＝3，PM ＝102，AM ＝62，得cos ∠PMA ＝115，∴sin ∠PMA ＝1415，∴S △PAM ＝12·PM ·AM ·sin ∠PMA ＝144，∴h ′＝17．设二面角A －PM －B 的平面角为θ，则sin θ＝h ′h＝17210＝7014．所以二面角A －PM －B 的正弦值为7014．22．(本小题满分12分)如图，在三棱柱ABC －A 1B 1C 1中，AA 1⊥平面ABC ，AC ＝BC ，AB ＝2A 1A ＝4，以AB ，BC 为邻边作平行四边形ABCD ，连接A 1D ，DC 1．(1)求证：DC 1∥平面A 1ABB 1；(2)若二面角A 1－DC －A 为45°．第11页,共11页①求证：平面A 1C 1D ⊥平面A 1AD ；②求直线AB 1与平面A 1AD 所成角的正切值．[解析] (1)证明：连接AB 1，∵AD ∥BC ∥B 1C 1且AD ＝BC ＝B 1C 1，∴四边形ADC 1B 1为平行四边形，∴AB 1∥DC 1，又∵AB 1⊂平面A 1ABB 1，DC 1⊄平面A 1ABB 1．∴DC 1∥平面A 1ABB 1．(2)①证明：如图，取DC 的中点M ，连接A 1M ，AM ．易知Rt △A 1AD ≌Rt △A 1AC ，∴A 1D ＝A 1C ，∴A 1M ⊥DC ，又AM ⊥DC ，∴∠A 1MA 为二面角A 1－DC －A 的平面角，∴∠A 1MA ＝45°．∴在Rt △A 1AM 中，AA 1＝AM ＝2，∴AD ＝AC ＝22，∴AC 2＋AD 2＝DC 2，∴AC ⊥AD ，又∵AC ⊥AA 1，AD ∩AA 1＝A ，∴AC ⊥平面A 1AD ．又∵AC ∥A 1C 1，∴A 1C 1⊥平面A 1AD ．∵A 1C 1⊂平面A 1C 1D ，∴平面A 1C 1D ⊥平面A 1AD ．②∵AB 1∥DC 1，∴DC 1与平面A 1AD 所成角等于AB 1与平面A 1AD 所成角．由①知A 1C 1⊥平面A 1AD ，∴A 1D 为DC 1在平面A 1AD 内的射影，故∠A 1DC 1为直线DC 1与平面A 1AD 所成角，在Rt △A 1DC 1中，tan ∠A 1DC 1＝A 1C 1A 1D ＝63，∴直线AB 1与平面A 1AD 所成角的正切值为63．。
高一数学必修第二册第八章《立体几何初步》单元练习题卷3（共22题）一、选择题（共10题）1.如图所示为某一平面图形的直观图，则此平面图形可能是( )A．B．C．D．2.如图，在下列四个正方体中，A，B为正方体的两个顶点，M，N，Q为所在棱的中点，则在这四个正方体中，直线AB与平面MNQ不平行的是( )A．B．C．D．3.如图所示，正方体ABCD−A1B1C1D1中，点E，F，G，P，Q分别为棱AB，C1D1，D1A1，D1D，C1C的中点．则下列叙述中正确的是( )A．直线BQ∥平面EFG B．直线A1B∥平面EFGC．平面APC∥平面EFG D．平面A1BQ∥平面EFG4.如图，若Ω是长方体ABCD−A1B1C1D1被平面EFGH截去几何体EB1FHC1G后得到的几何体，其中E为线段A1B1上异于B1的点，F为线段BB1上异于B1的点，且EH∥A1D1，则下列结论中不正确的是( )A．EH∥FG B．四边形EFGH是矩形C．Ω是棱柱D．Ω是棱台5.设α，β为两个平面，则α∥β的充要条件是( )A．α内有无数条直线与β平行B．α内有两条相交直线与β平行C．α，β平行于同一条直线D．α，β垂直于同一平面6.练习1．已知一个正三棱锥的高为3，如图是其底面用斜二测画法所画出的水平放置的直观图，其中OʹBʹ=OʹCʹ=1，则此三棱锥的体积为( )A．√3B．3√3C．√34D．3√347.如图，在正方体ABCD−A1B1C1D1中，E是棱CC1的中点，F是侧面BCC1B1内的动点，且A1F与平面D1AE的垂线垂直，则下列说法不正确的是( )A．A1F与D1E不可能平行B．A1F与BE是异面直线C．点F的轨迹是一条线段D．三棱锥F−ABD1的体积为定值8.如图，在各棱长均为1的正三棱柱ABC−A1B1C1中，M,N分别为线段A1B,B1C上的动点，且MN∥平面ACC1A1，则这样的MN有( )A．1条B．2条C．3条D．无数条9.有以下结论：①平面是处处平直的面；②平面是无限延展的；③平面的形状是平行四边形；④一个平面的厚度可以是0.001cm．其中正确结论的个数为A．1B．2C．3D．4．给10.如图，正方体ABCD−A1B1C1D1的棱长为1，线段AC1上有两个动点E，F，且EF=√33出下列四个结论：① CE⊥BD；② 三棱锥E−BCF的体积为定值；③ △BEF在底面ABCD内的正投影是面积为定值的三角形④ 在平面ABCD内存在无数条与平面DEA1平行的直线其中，正确结论的个数是( )A．1B．2C．3D．4二、填空题（共6题）11.已知l，m，n是互不相同的直线，α，β，γ是三个不同的平面，给出下列命题：①若l与m为异面直线，l⊂α，m⊂β，则α∥β;②若α∥β，l⊂α，m⊂β,则l∥m；③若α∩β= l,β∩γ=m,γ∩α=n,l∥γ,则加m∥n.其中所有真命题的序号为12.直线与平面垂直的性质定理．注意：一条直线与一个平面平行时，这条直线上任意一点到这个平面的距离，叫做这条直线到这个平面的距离，如果两个平面平行，那么其中一个平面内的任意一点到另一个平面的距离都相等，我们把它叫做这两个平行平面间的距离．13.判断下列结论是否正确（请在括号中打“√”或“×”）（1）若一条直线平行于一个平面内的一条直线，则这条直线平行于这个平面．( )（2）平行于同一条直线的两个平面平行．( )（3）如果一个平面内的两条直线平行于另一个平面，那么这两个平面平行．( )（4）若α∥β，直线a∥α，则a∥β．( )14.直线与平面平行的判定定理15.对角线互相垂直的空间四边形ABCD各边的中点分别为M，N，P，Q，则四边形MNPQ是．16.如图，正方形BCDE的边长为a，已知AB=√3BC，将△ABE沿边BE折起，折起后A点在平面BCDE上的射影为D点，关于翻折后的几何体有如下描述：a3；④ 平面ABC⊥① AB与DE所成角的正切值是√2；② AB∥CE；③ V B−ACE=16平面ADC．其中正确的有．（填写你认为正确的序号）三、解答题（共6题）17.在正方体ABCD−A1B1C1D1中，如图．(1) 求证：平面AB1D1∥平面C1BD；(2) 试找出体对角线A1C与平面AB1D1和平面C1BD的交点E，F，并证明A1E=EF=FC．18.几何中的“平面”有边界吗？用什么图形表示平面？19.如图所示，正四棱台ABCD−A1B1C1D1的上底面是边长为2的正方形，下底面是边长为4的正方形，侧棱长为2，侧面是全等的等腰梯形，求四棱台的表面积．20.如图所示的几何体中，四边形AA1B1B是边长为3的正方形，CC1=2，CC1∥AA1，这个几何体是棱柱吗？若是，指出是几棱柱；若不是棱柱，请你试用一个平面截去一部分，使剩余部分是一个侧棱长为2的三棱柱，并指出截去的几何体的特征，在立体图中画出截面．⏜所在平面垂直，M是CD⏜上异于C，21.如图，边长为2的正方形ABCD所在的平面与半圆弧CDD的点．(1) 证明：平面AMD ⊥平面BMC ；(2) 当三棱锥 M −ABC 体积最大时，求面 MAB 与面 MCD 所成二面角的正弦值．22. 如图，在四棱锥 P −ABCD 中，底面 ABCD 为梯形，PD ⊥ 底面 ABCD ，AB ∥CD ，AD ⊥CD ，AD =AB =1，BC =√2．(1) 求证：平面PBD ⊥平面PBC ；(2) 设 H 为 CD 上一点，满足 CH ⃗⃗⃗⃗⃗ =2HD ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ，若直线 PC 与平面 PBD 所成的角的正切值为 √63，求二面角 H −PB −C 的余弦值．答案一、选择题（共10题）1. 【答案】C【知识点】直观图2. 【答案】A【解析】对于B，易知AB∥MQ，则直线AB∥平面MNQ；对于C，易知AB∥MQ，则直线AB∥平面MNQ；对于D，易知AB∥NQ，则直线AB∥平面MNQ．故排除B，C，D，选A．【知识点】直线与平面平行关系的判定3. 【答案】B【解析】过点E，F，G的截面如图所示（H，I分别为AA1，BC的中点），因为A1B∥HE，A1B⊄平面EFG，HE⊂平面EFG，所以A1B∥平面EFG．【知识点】平面与平面平行关系的判定4. 【答案】D【解析】因为EH∥A1D1，A1D1∥B1C1，所以EH∥B1C1，又EH⊄平面BCC1B1，所以EH∥平面BCC1B1，又EH⊂平面EFGH，平面EFGH∩平面BCC1B1=FG，所以EH∥FG，又EH∥B1C1，所以Ω是棱柱，所以A,C正确；因为A1D1⊥平面ABB1A1,EH∥A1D1，所以EH⊥平面ABB1A1，又EF⊂平面ABB1A1，故EH⊥EF，所以B正确．【知识点】棱柱的截面分析、直线与平面平行关系的性质、直线与平面垂直关系的性质5. 【答案】B【解析】对于A，α内有无数条直线与β平行，α∩β或α∥β；对于B，α内有两条相交直线与β平行，α∥β；对于C，α，β平行于同一条直线，α∩β或α∥β；对于D，α，β垂直于同一平面，α∩β或α∥β．【知识点】平面与平面平行关系的判定、充分条件与必要条件6. 【答案】A【解析】由直观图可知：正三棱锥的底面是边长为2的正三角形，所以底面面积为12×2×2×√3 2=√3，所以三棱锥的体积为：13×√3×3=√3．故选：A．【知识点】直观图、棱锥的表面积与体积7. 【答案】A【解析】设平面D1AE与直线BC交于G，连接AG，EG，则G为BC的中点，分别取B1B，B1C1的中点M，N，连接A1M，MN，A1N，如图，因为A1M∥D1E，A1M⊄平面D1AE，D1E⊂平面D1AE，所以A1M∥平面D1AE，同理可得MN∥平面D1AE，又A1M，MN是平面A1MN内的两条相交直线，所以平面A1MN∥平面D1AE，而A1F∥平面D1AE，所以A1F⊂平面A1MN，得点F的轨迹为一条线段，故C正确；并由此可知，当F与M重合时，A1F与D1E平行，故A错误；因为平面A1MN∥平面D1AE，BE和平面D1AE相交，所以A1F与BE是异面直线，故B正确；因为MN∥EG，则点F到平面D1AE的距离为定值，所以三棱锥F−ABD1的体积为定值，故D正确．【知识点】直线与直线的位置关系8. 【答案】D【解析】如图，过线段A1B上任一点M作MH∥AA1，交AB于点H，过点H作HG∥AC 交BC于点G，过点G作CC1的平行线，与CB1一定有交点N，且MN∥平面ACC1A1，则这样的MN有无数条．故选D．【知识点】直线与平面平行关系的判定9. 【答案】B【解析】平面处处平直，无限延展，但是没有大小、形状、厚薄等，因此①②两种说法是正确的，③④两种说法是错误的．【知识点】平面的概念与基本性质10. 【答案】D【解析】因为BD⊥平面ACC1，所以BD⊥CE，故① 正确；因为点C到直线EF的距离是定值，点B到平面CEF的距离也是定值，所以三棱锥B﹣CEF的体积为定值，故② 正确；线段EF在底面上的正投影是线段GH，所以△BEF在底面ABCD内的投影是△BGH．因为线段EF的长是定值，所以线段GH是定值，从而△BGH的面积是定值，故③ 正确；设平面ABCD与平面DEA1的交线为l，则在平面ABCD内与直线l平行的直线有无数条，故④ 对．【知识点】直线与平面垂直关系的性质二、填空题（共6题）11. 【答案】③【解析】① 中α还可能与β相交；②中直线l与m还可能异面；③中结合线面平行的性质可以证得m∥n．【知识点】空间的平行关系12. 【答案】平行【知识点】直线与平面垂直关系的性质13. 【答案】×；×；×；×【知识点】直线与平面平行关系的判定14. 【答案】此平面内一条直线平行【知识点】直线与平面平行关系的判定15. 【答案】矩形【解析】如图所示，因为点M，N，P，Q分别是四条边的中点，AC，所以MN∥AC，且MN=12AC，PQ∥AC，且PQ=12所以MN∥PQ，且MN=PQ，因为四边形MNPQ是平行四边形，又因为AC⊥BD，NP∥BD，所以PQ⊥NP，所以四边形MNPQ是矩形．【知识点】空间中直线与直线平行16. 【答案】①③④【解析】作出折叠后的几何体直观图如图所示：因为A点在平面BCDE上的射影为D点，所以AD⊥平面BCDE．因为BC⊂平面BCDE，所以AD⊥BC．因为四边形BCDE是正方形，所以BC⊥CD，又AD∩CD=D，所以BC⊥平面ADC．又BC⊂平面ABC，所以平面ABC⊥平面ADC，故④正确；因为DE∥BC，所以∠ABC为AB与DE所成的角或其补角，因为BC⊥平面ADC，AC⊂平面ADC，所以BC⊥AC，所以tan∠ABC=ACBC，因为AB=√3BC，BC=a，所以在Rt△ABC中，AC=√AB2−BC2=√2a，所以tan∠ABC=ACBC=√2，故①正确；连接BD，CE，则CE⊥BD，又AD⊥平面BCDE，CE⊂平面BCDE，所以CE⊥AD．又BD∩AD=D，所以CE⊥平面ABD，又AB⊂平面ABD，所以CE⊥AB．故②错误；在Rt△ABE中，AB=√3a，BE=a．所以AE=√2a，又DE=a，AD⊥DE，所以AD=a，所以三棱锥B−ACE的体积V B−ACE=V A−BCE=13S△BCE⋅AD=13×12×a2×a=a36，故③正确．【知识点】直线与平面的位置关系、直线与直线的位置关系三、解答题（共6题）17. 【答案】(1) 因为在正方体ABCD−A1B1C1D1中，AD∥B1C1，AD=B1C1，所以四边形AB1C1D是平行四边形，所以AB1∥C1D．又因为C1D⊂平面C1BD，AB1⊄平面C1BD，所以AB1∥平面C1BD．同理，B1D1∥平面C1BD．又因为AB1∩B1D1=B1，AB1⊂平面AB1D1，B1D1⊂平面AB1D1，所以平面AB1D1∥平面C1BD．(2) 如图，连接A1C1，交B1D1于点O1，连接AO1，与A1C交于点E．又因为AO1⊂平面AB1D1，所以点E也在平面AB1D1内，所以点E就是A1C与平面AB1D1的交点．连接AC，交BD于点O，连接C1O，与A1C交于点F，则点F就是A1C与平面C1BD的交点．下面证明A1E=EF=FC．因为平面A1C1C∩平面AB1D1=EO1，平面A1C1C∩平面C1BD=C1F，平面AB1D1∥平面C1BD，所以EO1∥C1F，在△A1C1F中，O1是A1C1的中点，所以E是A1F的中点，即A1E=EF．同理可证OF∥AE，所以F是CE的中点，即 FC =EF ，所以 A 1E =EF =FC ．【知识点】平面与平面平行关系的判定、平面与平面平行关系的性质18. 【答案】没有，平行四边形．【知识点】平面的概念与基本性质19. 【答案】因为正四棱台的上底面是边长为 2 的正方形，下底面是边长为 4 的正方形，所以上底面、下底面的面积分别是 4，16， 因为侧棱长为 2，侧面是全等的等腰梯形， 所以侧面等腰梯形的高为 √4−(4−22)2=√3，所以一个侧面等腰梯形的面积为 12×(2+4)×√3=3√3， 所以四棱台的表面积为 4+16+3√3×4=20+12√3． 【知识点】棱台的表面积与体积20. 【答案】这个几何体不是棱柱，截去的部分是一个四棱锥 C 1−EA 1B 1F ，如图所示．在四边形 ABB 1A 1 中，在 AA 1 上取点 E ，使 AE =2，在 BB 1 上取点 F 使 BF =2，连接 C 1E ，EF ，C 1F ，则过点 C 1，E ，F 的截面将几何体分成两部分，其中一部分是三棱柱 ABC −EFC 1，其侧棱长为 2．截去的部分是一个四棱锥 C 1−EA 1B 1F ，也可以从点 C 截． 【知识点】棱柱的结构特征21. 【答案】(1) 由题设知，平面CMD ⊥平面ABCD ，面CMD ∩面ABCD =CD ． 因为 BC ⊥CD ，BC ⊂平面ABCD ，所以 BC ⊥平面CMD ， 故 BC ⊥DM ．因为 M 为 CD ⏜ 上异于 C ，D 的点，且 DC 为直径， 所以 DM ⊥CM ，又 BC ∩CM =C ，BC ⊂面BCM ，CM ⊂面BCM ， 所以 DM ⊥平面BMC ，而 DM ⊂平面AMD ，故 平面AMD ⊥平面BMC ．(2) 以 D 为坐标原点，DA⃗⃗⃗⃗⃗ 的方向为 x 轴正方向，建立如图所示的空间直角坐标系 D −xyz ． 当三棱锥 M −ABC 体积最大时，M 为 CD⏜ 的中点． 由题设得 D (0,0,0)，A (2,0,0)，B (2,2,0)，C (0,2,0)，M (0,1,1)，AM ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ =(−2,1,1)，AB⃗⃗⃗⃗⃗ =(0,2,0)，DA ⃗⃗⃗⃗⃗ =(2,0,0)，设 n ⃗ =(x,y,z ) 是平面 MAB 的法向量，则 {n ⃗ ⋅AM⃗⃗⃗⃗⃗⃗ =0,n ⃗ ⋅AB⃗⃗⃗⃗⃗ =0, 即 {−2x +y +z =0,2y =0.可取 n ⃗ =(1,0,2)．DA ⃗⃗⃗⃗⃗ 是平面 MCD 的法向量，所以 cos⟨n ⃗ ,DA ⃗⃗⃗⃗⃗ ⟩=n⃗ ⋅DA ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ∣∣n ⃗ ∣∣∣∣DA⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ∣∣=√55，sin⟨n ⃗ ,DA ⃗⃗⃗⃗⃗ ⟩=2√55， 所以面 MAB 与面 MCD 所成二面角的正弦值是 2√55．【知识点】平面与平面垂直关系的判定、二面角、利用向量的坐标运算解决立体几何问题22. 【答案】(1) 因为 AD ⊥CD ，AB ∥CD ，AD =AB =1， 所以 BD =√2． 又 BC =√2，所以 CD =2， 所以 BC ⊥BD ． 因为 PD ⊥ 底面 ABCD ， 所以 PD ⊥BC ， 又 PD ∩BD =D ， 所以 BC ⊥平面PBD ． 又因为 BC ⊂平面PBC ，所以 平面PBD ⊥平面PBC ．(2) 由（Ⅰ）可知 ∠BPC 为 PC 与平面 PBD 所成的角， 所以 tan∠BPC =√63， 所以 PB =√3，PD =1．由 CH ⃗⃗⃗⃗⃗ =2HD ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 及 CD =2 得 CH =43，DH =23． 以点 D 为坐标原点，DA ，DC ，DP 所在的直线分别为 x 轴，y 轴，z 轴建立空间直角坐标系 D −xyz ，则 B (1,1,0)，P (0,0,1)，C (0,2,0)，H (0,23,0)． 设平面 HPB 的法向量为 n ⃗ =(x 1,y 1,z 1)， 则 {HP ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⋅n ⃗ =0,HB ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⋅n ⃗ =0,即 {−23y 1+z 1=0,x 1+13y 1=0.取 y 1=−3，则 n ⃗ =(1,−3,−2)． 设平面 PBC 的法向量为 m ⃗⃗ =(x 2,y 2,z 2)， 则 {PB ⃗⃗⃗⃗⃗ ⋅m ⃗⃗ =0,BC ⃗⃗⃗⃗⃗ ⋅m ⃗⃗ =0,即 {x 2+y 2−z 2=0,−x 2+y 2=0.取 x 2=1，则 m ⃗⃗ =(1,1,2)， 又 cos⟨m ⃗⃗ ,n ⃗ ⟩=m⃗⃗⃗ ⋅n ⃗ ∣∣m ⃗⃗⃗ ∣∣∣∣n ⃗ ∣∣=−√217， 所以二面角 H −PB −C 的余弦值为√217． 【知识点】平面与平面垂直关系的判定、二面角、利用向量的坐标运算解决立体几何问题。
高一数学必修第二册第八章《立体几何初步》单元练习题卷7（共22题）一、选择题（共10题）1.如图，三棱柱A1B1C1−ABC中，侧棱AA1⊥底面A1B1C1，底面三角形A1B1C1是正三角形，E是BC中点，则下列叙述正确的是( )A．CC1与B1E是异面直线B．AC⊥平面ABB1A1C．A1C1∥平面AB1ED．AE与B1C1为异面直线，且AE⊥B1C12.长方体的表面积为11，十二条棱长之和为24，则这个长方体的一条体对角线长为( )A．2√3B．√14C．5D．6．则3.如图，正方体ABCD−A1B1C1D1的棱长为1，线段B1D1上有两个动点E，F，且EF=12下列结论中正确的个数为( )① AC⊥BE；② EF∥平面ABCD；③三棱锥A−BEF的体积为定值；④ △AEF的面积与△BEF的面积相等．A．4B．3C．2D．14.已知三棱柱ABC−A1B1C1的底面为直角三角形，侧棱长为2，体积为1，若此三棱柱的顶点均在同一球面上，则该球半径的最小值为( )A．1B．2C．√6D．√625.下列几何体中是棱柱的有( )A．1个B．2个C．3个D．4个6.四条线段顺次首尾相连，它们最多可确定的平面个数有( )A．4B．3C．2D．17.空间四点A，B，C，D共面而不共线，那么这四点中( )A．必有三点共线B．必有三点不共线C．至少有三点共线D．不可能有三点共线8.若一个长方体的长、宽、高分别为√3，√2，1，则它的外接球的表面积为( )πB．5πC．6πD．24πA．329.若空间中n个不同的点两两距离都相等，则正整数n的取值( )A．至多等于3B．至多等于4C．等于5D．大于510.某三棱锥的三视图如图所示，则该三棱锥的体积是( )A．6B．8C．12D．24二、填空题（共6题）11.在棱长为2的正方体ABCD−A1B1C1D1中，P是A1B1的中点，过点A1作与截面PBC1平行的截面，所得截面的面积是．12.在棱长为6的正方体ABCD−A1B1C1D1中，P，Q是直线DD1上的两个动点．如果PQ=2，那么三棱锥P−BCQ的体积等于．13.一条直线a上的3个点A，B，C到平面M的距离都为1，这条直线和平面的关系是．14.侧棱长为3，底面面积为8的正四棱柱的体对角线的长为．15.如图，A，B，C，D为空间四点，在△ABC中，AB=2，AC=BC=√2，等边三角形ADB以AB为轴运动，当平面ADB⊥平面ABC时，CD=．16.如图，点M为矩形ABCD的边BC的中点，AB=1，BC=2．将矩形ABCD绕直线AD旋转所得到的几何体体积记为V1，将△MCD绕直线CD旋转所得到的几何体体积记为V2，则V1V2的值为．三、解答题（共6题）17.如图，四棱锥S−ABCD中，△ABS是正三角形，四边形ABCD是菱形，点E是BS的中点．(1) 求证：SD∥平面ACE；(2) 若平面ABS⊥平面ABCD，AB=4，∠ABC=120∘，求三棱锥E−ASD的体积．18.如图，在长方体ABCD−A1B1C1D1中，AB=1，AD=2，E，F，Q分别为AD，AA1，BC的中点，求证：平面BEF∥平面A1DQ．19.如图，在四棱锥P−ABCD中，底面ABCD为菱形，∠BAD=60∘，Q为AD的中点，(1) 若PA=PD，求证：平面PQB⊥平面PAD；(2) 点M在线段PC上，PM=tPC，试确定实数t的值，使得PA∥平面MQB；(3) 在（2）的条件下，若平面PAD⊥平面ABCD，PA=AD=PD=2，求二面角M−BQ−C的大小．20.用符号表示下列语句，并画出图形．(1) 平面α与β相交于直线l，直线a与α，β分别相交于点A，B．(2) 点A，B在平面α内，直线a与平面α交于点C，点C不在直线AB上．AD=1，21.如图，四棱锥P−ABCD中，PA⊥CD，AD∥BC，∠ADC=∠PAD=90∘，BC=CD=12 PA=2√2，M为PD的中点．(1) 求证：PA⊥AB；(2) 求证：CM∥平面PAB；(3) 求直线CM与平面PAD所成的角．22.一个几何体，它的下面是一个圆柱，上面是一个圆锥，并且圆锥的底面与圆柱的上底面重合，圆柱的底面直径为3cm，高（两底面圆心连线的长度）为4cm，圆锥的高（顶点与底面圆心连线的长度）为3cm，画出此几何体的直观图．答案一、选择题（共10题）1. 【答案】D【知识点】直线与平面的位置关系、直线与直线的位置关系2. 【答案】C【解析】设长方体的长，宽，高分别为a，b，c，由题意可知，4(a+b+c)=24, ⋯⋯①2ab+2bc+2ac=11, ⋯⋯②联立①②可得a2+b2+c2=25，则这个长方体的一条体对角线长为5．【知识点】棱柱的结构特征3. 【答案】B【解析】①中AC⊥BE，由题意及图形知，AC⊥面DD1B1B，故可得出AC⊥BE，此命题正确；② EF∥平面ABCD，由正方体ABCD−A1B1C1D1的两个底面平行，EF在其一面上，故EF与平面ABCD无公共点，故有EF∥平面ABCD，此命题正确；③三棱锥A−BEF的体积为定值，由几何体的性质及图形知，三角形BEF的面积是定值，A点到面DD1B1B距离是定值，故可得三棱锥A−BEF的体积为定值，此命题正确；④由图形可以看出，B到线段EF的距离与A到EF的距离不相等，故△AEF的面积与△BEF的面积相等不正确．【知识点】棱锥的表面积与体积、直线与平面垂直关系的性质、直线与平面平行关系的判定4. 【答案】D【解析】因为三棱柱内接于球，所以棱柱各侧面均为平行四边形且内接于圆，所以棱柱的侧棱都垂直于底面，所以该三棱柱为直三棱柱．设底面三角形的两条直角边长为a，b，因为三棱柱ABC−A1B1C1的高为2，体积是1，所以12ab⋅2=1，即ab=1，将直三棱柱ABC−A1B1C1补成一个长方体，则直三棱柱ABC−A1B1C1与长方体有同一个外接球，所以球O的半径为√a2+b2+42≥√2ab+42=√62（当且仅当a=b=1时，等号成立）．【知识点】棱柱的结构特征、球的结构特征5. 【答案】C【解析】观察图形得：“有两个面互相平行，其余各面都是四边形，”的几何体有：①③⑤，只有它们是棱柱，共三个．【知识点】棱柱的结构特征6. 【答案】A【解析】首尾相连的四条线段每相邻两条确定一个平面，所以最多可以确定四个平面．【知识点】平面的概念与基本性质7. 【答案】B【解析】由题意，四点共面不共线分为图①和图②两种情况，只有选项B正确．【知识点】平面的概念与基本性质8. 【答案】C【知识点】球的表面积与体积、组合体9. 【答案】B【解析】由正四面体的定义可知n=4能满足条件．当n≥5时，可设其中三个点为A，B，C，由直线与平面垂直的性质及点到点的距离定义可知到A，B，C三点距离相等的点必在过△ABC 的重心且与平面ABC垂直的直线上，从而易知到A，B，C的距离等于正三角形ABC边长的点有两个，分别在平面ABC的两侧．此时可知这两点间的距离大于正三角形的边长，从而不可能有5个点满足条件．当然也不可能有多于5个的点满足条件．【知识点】空间线段的长度、直线与平面垂直关系的性质10. 【答案】B【知识点】由三视图还原空间几何体、棱锥的表面积与体积二、填空题（共6题）11. 【答案】2√6【解析】如图，取AB，C1D1的中点E，F，连接A1E，A1F，EF，则平面A1EF∥平面BPC1．在△A1EF中，A1F=A1E=√5，EF=2√2，S△A1EF =12×2√2×√(√5)2−(√2)2=√6，从而所得截面面积为2S△A1EF=2√6．【知识点】平面与平面平行关系的判定12. 【答案】12【解析】因为在棱长为6的正方体ABCD−A1B1C1D1中，P，Q是直线DD1上的两个动点，PQ=2，所以S△PQC=12×PQ×CD=12×2×6=6，所以三棱锥P−BCQ的体积：V P−BCQ=V B−PQC=13×S△PQC×BC=13×6×6=12．【知识点】棱锥的表面积与体积13. 【答案】平行【解析】假设直线a与平面α相交，则A，B，C三点中必有两个点在平面α同一侧，不妨设为A，B，过A，B分别作平面α的垂线，垂足为M，N，则AM∥BN，AM=BN．所以四边形AMNB是平行四边形，所以AB∥MN，又MN⊂α，AB⊄α，所以AB∥α，这与假设直线a与平面α相交矛盾，故假设错误，于是直线a与平面α平行．【知识点】直线与平面的位置关系14. 【答案】5【解析】正四棱柱的底面为正方形，设底面边长为a，侧棱长为b，则有a2=8，所以a=2√2，则四棱柱的体对角线为√a2+a2+b2=√8+8+9=5．故答案为：5．【知识点】棱柱的结构特征15. 【答案】2【解析】如图，取AB的中点E，连接DE，CE，因为△ADB是等边三角形，所以DE⊥AB．当平面ADB⊥平面ABC时，因为平面ADB∩平面ABC=AB，所以DE⊥平面ABC．又CE⊂平面ABC，所以DE⊥CE．由已知可得DE=√3，CE=1，在Rt△DEC中，CD=√DE2+CE2=2．【知识点】平面与平面垂直关系的性质16. 【答案】6【知识点】圆柱的表面积与体积三、解答题（共6题）17. 【答案】(1) 连接BD，设AC∩BD=O，连接OE，则点O是BD的中点．又因为E是BS的中点，所以SD∥OE，又因为SD⊄平面ACE，OE⊂平面ACE，所以SD∥平面ACE．(2) 因为四边形ABCD是菱形，且∠ABC=120∘，所以∠ABD=12∠ABC=60∘．又因为AB=AD，所以三角形ABD是正三角形．取AB的中点F，连接SF，则DF⊥AB，DF=2√3．又平面ABS⊥平面ABCD，DF⊂平面ABCD，平面ABS∩平面ABCD=AB，所以DF⊥平面ABS，即DF是四棱锥D−AES的一条高，而S△ASE=12SA⋅SE⋅sin∠ASE=2√3，所以V E−ADS=V D−AES=13S△ASE⋅DF=13×2√3×2√3=4.综上，三棱锥E−ASD的体积为4．【知识点】直线与平面平行关系的判定、棱锥的表面积与体积18. 【答案】因为E是AD的中点，Q是BC的中点，所以ED=BQ，ED∥BQ，所以四边形BEDQ是平行四边形，所以BE∥DQ，又因为BE⊄平面A1DQ，DQ⊂平面A1DQ，所以BE∥平面A1DQ，又因为F是A1A的中点，所以EF∥A1D,因为EF⊄平面A1DQ，A1D⊂平面A1DQ，所以EF∥平面A1DQ，因为BE∩EF=E，EF⊂平面BEF，BE⊂平面BEF，所以平面BEF∥平面A1DQ．【知识点】平面与平面平行关系的判定(1) 因为 PA =PD ，Q 为 AD 的中点，所以 PQ ⊥AD ．因为底面 ABCD 为菱形，∠BAD =60∘，所以 △ABD 为正三角形，所以 BQ ⊥AD ．又 BQ ∩PQ =Q ，所以 AD ⊥平面PQB ．又 AD ⊂平面PAD ，所以 平面PQB ⊥平面PAD ．(2) 当 t =13 时，PA ∥平面MQB ．下面证明：设 AC ∩BQ =N ，连接 MN ．因为 AQ ∥BC ，所以 AN NC =AQ BC =12．由 PM =13PC ，得 PM MC =12， 所以 AN NC =PM MC ，所以 PA ∥MN ．又 MN ⊂平面MQB ，PA ⊄平面MQB ，所以 PA ∥平面MQB ．(3) 由(1)，得 BQ ⊥AD ，PQ ⊥AD ．因为平面 PAD ⊥平面ABCD ，平面 PAD ∩平面ABCD =AD ，所以 PQ ⊥平面ABCD ．如图，建立空间直角坐标系，则 Q (0,0,0)，A (1,0,0)，B(0,√3,0)，C(−2,√3,0)，P(0,0,√3)，则 QB ⃗⃗⃗⃗⃗ =(0,√3,0), 且 QM ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ =QP ⃗⃗⃗⃗⃗ +PM ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ =QP ⃗⃗⃗⃗⃗ +13PC ⃗⃗⃗⃗⃗ =(−23,√33,2√33)． 设平面 MQB 的一个法向量为 n ⃗ =(x,y,z )．由 {n ⃗ ⋅QB ⃗⃗⃗⃗⃗ =0,n ⃗ ⋅QM ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ =0, 得 {√3y =0,−2x 3+√3y 3+2√3z 3=0, 取 z =1，则 n ⃗ =(√3,0,1)．又因为平面 ABCD 的一个法向量为 m ⃗⃗ =(0,0,1)，所以 cos 〈m ⃗⃗ ,n ⃗ 〉=m ⃗⃗⃗ ⋅n ⃗ ∣m ⃗⃗⃗ ∣∣n ⃗ ∣=12， 于是，二面角 M −BQ −C 的大小为 π3．【知识点】直线与平面平行关系的判定、二面角、平面与平面垂直关系的判定、空间向量的应用(1) 用符号表示a∩β=l，a∩α=A，a∩β=B，如图．(2) 用符号表示A∈α，B∈α，a∩α=C，C∉AB，如图．【知识点】平面的概念与基本性质21. 【答案】(1) 因为∠PAD=90∘，所以PA⊥AD．又因为PA⊥CD，CD∩AD=D，所以PA⊥平面ABCD．又因为AB⊂平面ABCD，所以PA⊥AB．(2) 取PA中点N，连接MN，BN．因为M，N分别是PA，PD的中点，所以MN∥AD且MN=12AD，又因为BC∥AD且BC=12AD，所以MN∥BC且MN=BC，所以四边形MNBC是平行四边形，所以CM∥BN，又因为CM⊄平面PAB，BN⊂平面PAB，所以CM∥平面PAB．(3) 因为CD⊥PA，CD⊥AD，PA∩AD=A，所以CD⊥平面PAD．所以∠CMD为直线CM与平面PAD所成的角．在Rt△PAD中，因为PA=2√2，AD=2，所以PD=2√3，所以MD=√3．所以在Rt△CMD中，tan∠CMD=CDMD =√33．所以，直线CM与平面PAD所成的角为π6．【知识点】线面角、直线与平面垂直关系的判定、直线与平面平行关系的性质22. 【答案】（1）画轴．如图①所示，画x轴，z轴，使∠xOz=90∘．（2）画圆柱的下底面．在x轴上取A，B两点，使AB=3cm，且OA=OB，选择椭圆模板中适当的椭圆且过A，B两点，使它为圆柱的下底面．（3）在Oz上截取OOʹ=4cm，过点Oʹ作平行于Ox轴的Oʹxʹ轴，类似圆柱下底面的画法画出圆柱的上底面．（4）画圆锥的顶点．在Oz上截取点P，使POʹ=3cm．（5）成图．连接AʹA，BʹB，PAʹ，PBʹ，整理（去掉辅助线，将被遮挡部分改成虚线）得到此几何体的直观图，如图②所示．【知识点】直观图。
