【课堂新坐标】高中数学北师大版选修4-1练习:2.3-4图形变化的不变性(含答案解析)

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学业分层测评(十一)
§3 柱面与平面的截面
§4 平面截圆锥面
(建议用时:45分钟)
学业达标]
一、选择题
1.圆锥的顶角为50°,圆锥的截面与轴线所成的角为30°,则截线是( )
A.圆 B.椭圆
C.双曲线 D.抛物线

【解析】 由已知α=50°2=25°,β=30°,∴β>α.故截线是椭圆.
【答案】 B
2.一圆柱面被一平面所截,平面与母线成60°角,截线上最长的弦长为43,则该圆柱
底面的半径为( )
A.3 B.23
C.3 D.6
【解析】 圆柱底半径r=23sin60°=3.
【答案】 C
3.已知圆锥母线与轴夹角为60°,平面π与轴夹角为45°,则平面π与圆锥交线的离心率
是( )

A.22 B.23
C.2 D.22
【解析】 由题意,θ=45°,σ=60°,由θ<σ知,平面π与圆锥面的交线为双曲线,双

曲线的离心率为e=cos45°cos60°=2.
【答案】 C
4.已知半径为2的圆柱面,一平面与圆柱面的轴线成45°角,则截线椭圆的焦距为( )
A.22 B.2
C.4 D.42

【解析】 由2a=2rsin 45°=42,
∴a=22,b=2,∴c=a2-b2=2,故焦距为4.
【答案】 C
5.已知圆锥面的轴截面为等腰直角三角形,用一个与轴线成30°角的不过圆锥顶点的平
面去截圆锥面时,所截得的截线的离心率为( )

A.62 B.63
C.32 D.22
【解析】 ∵圆锥的轴截面为等腰直角三角形,所以母线与轴线的夹角σ=45°;又截
面与轴线的夹角θ=30°,即θ<σ,

∴截线是双曲线,其离心率e=cos θcos σ=cos 30°cos 45°=32=62.
【答案】 A
二、填空题
6.已知圆锥面的母线与轴成44°角,用一个与轴线成44°角的不过圆锥顶点的平面去截圆
锥面时,所截得的交线是________.
【导学号:96990049】
【解析】 根据平面截圆锥面定理知,交线为抛物线.
【答案】 抛物线
7.已知圆柱底面半径为b,平面α与圆柱母线夹角为30°,在圆柱与平面交线上有一点P
到一准线l1的距离是3b,则点P到另一准线l2对应的焦点F1的距离是__________.

【解析】 由题意知,椭圆短轴为2b,长轴长2a=2bsin30°=4b,
∴c=4b2-b2=3b.
∴e=3b2b=32(或e=cos30°=32).

设P到F1的距离为d,则d3b=32,
∴d=32b.
又PF1+PF2=2a=4b,
∴PF2=4b-PF1=4b-32b=52b.
8.已知圆柱面轴线上一点O到圆柱的同一条母线上两点A,B的距离分别为2和32,
且∠AOB=45°.则圆柱面内切球的半径是__________.
【解析】 如图所示为圆柱面的轴截面.
依题意,OA=2,OB=32,∠AOB=45°,

∴AB2=OA2+OB2-2OA·OBcos 45°=4+18-2×2×32×22=10,
∴AB=10.
设内切球的半径为r,则

S△AOB=12·AB·r=102r.

又∵S△OAB=12OA·OBsin∠AOB=12×2×32sin 45°=3,∴102r=3,∴r=3105,
即圆柱面内切球半径为3105.
三、解答题
9.如图2-3-6,已知PF1∶PF2=1∶3,AB=12,G1G2=20,求PQ.

图2-3-6
【解析】 设椭圆长轴为2a,短轴为2b,焦距为2c.

由已知可得a=10,b=6,c=a2-b2=8,e=ca=45.
由椭圆定义PF1+PF2=K1K2=G1G2=20.
又∵PF1∶PF2=1∶3,
∴PF1=5,PF2=15.
由离心率定义,

∴PF1PQ=45.

∴PQ=254.
10.如图2-3-7,圆柱被平面α所截.已知AC是圆柱口在平面α上最长投影线段,BD是
最短的投影线段,EG=FH,EF⊥AB,垂足在圆柱的轴上,EG和FH都是投影线,分别与
平面α交于点G,H.
图2-3-7
(1)比较EF,GH的大小;
(2)若圆柱的底面半径为r,平面α与母线的夹角为θ,求CD.
【解】 (1)∵EG和FH都是投影线,
∴EG∥FH又EG=FH,
∴四边形EFHG是平行四边形,
∴EF=GH.
(2)如题图,过点D作DP⊥AC于点P,

则在Rt△CDP中,有:sin∠DCP=DPCD,

又∠DCP=θ,DP=2r,∴CD=2rsin θ.
能力提升]
1.如图2-3-8所示,球O与圆柱的上、下底面以及侧面均相切,用一平面去截圆柱的球,
得到的截面图有可能是( )

图2-3-8
A.①②④ B.①②③
C.②③④ D.①②③④
【解析】 如图所示,AB为圆柱的轴,当平面与AB垂直且过AB中点
时,截得的图形是图①;当平面与AB垂直不过AB中点时,截得的图形是
两个同心圆,是图②;当平面经过轴AB时,截得的图形是图③;当平面与
轴AB不垂直且平面与圆柱的侧面有交线时,截得的图形是图④,故有可能
的图形是①②③④.
【答案】 D
2.在阳光照射下,地面上篮球的影子是个椭圆,如图2-3-9所示,则篮球与地面的接触
点是椭圆的一个__________.
图2-3-9
【解析】 如图,作篮球与影子的纵截面图,M为球心,D为篮球与地面的接触点,易
知MD⊥A1A2,MD=b.因为光线EA1∥FA2,且EA1,
FA2,A1A2均与圆M相切,所以∠MA1D+∠MA2D=90°,
所以∠A1MA2=90°,于是MO=A1O=A2O=a.于是OD=
MO2-MD2=a2-b2=c,所以D是椭圆的一个焦点.
【答案】 焦点
3.如图2-3-10,已知两焦点的距离F1F2=2c,两端点G1G2=2a.

求证:l1与l2之间的距离为2a2c.

图2-3-10
【证明】 设椭圆上任意一点P,过P作PQ1⊥l1于Q1,过P作PQ2⊥l2于Q2.

∵e=PF1PQ1=PF2PQ2=ca,

∴PF1=caPQ1,PF2=caPQ2.
由椭圆定义PF1+PF2=2a,
∴caPQ1+caPQ2=2a.

∴PQ1+PQ2=2a2c,
即l1与l2之间的距离为2a2c.