例1
(1) 下列命題中正確的是( A )
A. 棱柱的側(cè)棱都相等,側(cè)面都是全等的平行四邊形
B. 在四棱柱中,若兩個(gè)過(guò)相對(duì)側(cè)棱的截面都垂直于底面,則該四棱柱為直四棱柱
C. 夾在圓柱的兩個(gè)平行截面間的幾何體還是一個(gè)旋轉(zhuǎn)體
D. 棱臺(tái)的上、下底面可以不相似,但側(cè)棱長(zhǎng)一定相等
解: 不正確,根據(jù)棱柱的定義,棱柱的各個(gè)側(cè)面都是平行四邊形,但不一定全等 正確,由線面平行的性質(zhì)定理,知兩個(gè)過(guò)相對(duì)側(cè)棱的截面的交線平行于側(cè)棱,且垂直于底面 不正確,若兩個(gè)平行截面與圓柱的底面平行,則是旋轉(zhuǎn)體,若這兩個(gè)平行截面與圓柱的底面不平行,則不是旋轉(zhuǎn)體 不正確,棱臺(tái)的上、下底面相似且是對(duì)應(yīng)邊平行的多邊形,各側(cè)棱的延長(zhǎng)線交于一點(diǎn),但側(cè)棱長(zhǎng)不一定相等.故選 .
(2) 如圖,已知正四棱錐的側(cè)棱長(zhǎng)為,側(cè)面等腰三角形的頂角為 ,則從點(diǎn)出發(fā)環(huán)繞側(cè)面一周后回到點(diǎn)的最短路程為( D )
A. B. C. D. 6
解:把正四棱錐的側(cè)面沿著 剪開(kāi),得到它的側(cè)面展開(kāi)圖,如圖所示.則最短路程為線段.
在 中, ,,則 .
所以.故選.
【點(diǎn)撥】①課程標(biāo)準(zhǔn)要求考生認(rèn)識(shí)柱、錐、臺(tái)、球的結(jié)構(gòu)特征,并能描述現(xiàn)實(shí)生活中的簡(jiǎn)單物體結(jié)構(gòu).②解決空間幾何體表面距離最短問(wèn)題,需通過(guò)展開(kāi),把問(wèn)題轉(zhuǎn)化為平面兩點(diǎn)間線段最短問(wèn)題.多面體表面展開(kāi)圖可以有不同的形狀,要觀察并想象立體圖形與表面展開(kāi)圖的關(guān)系.③直觀圖是立體圖形在平面中的一種重要表現(xiàn)形式,解決直觀圖的相關(guān)問(wèn)題,要牢牢掌握直觀圖與原圖的關(guān)系,具體見(jiàn)【教材梳理】.注意巧用直觀圖與原圖的面積比.
變式1
(1) 下列結(jié)論正確的是( B )
A. 側(cè)面都是等腰三角形的三棱錐是正三棱錐
B. 六條棱長(zhǎng)均相等的四面體是正四面體
C. 有兩個(gè)側(cè)面是矩形的棱柱是直棱柱
D. 用一個(gè)平面去截圓錐,底面與截面之間的部分叫圓臺(tái)
解:如圖,各側(cè)面均是等腰三角形,但該三棱錐非正三棱錐,錯(cuò)誤.斜四棱柱也有可能兩個(gè)側(cè)面是矩形,錯(cuò)誤.截面平行于底面時(shí),底面與截面之間的部分才叫圓臺(tái),錯(cuò)誤.故選.
(2) 如圖所示,矩形是水平放置的一個(gè)平面圖形的直觀圖,其中,,則原圖形是( C )
A. 面積為的矩形B. 面積為的矩形
C. 面積為的菱形D. 面積為的菱形
解: ,,所以.故在原圖形中,,,
,所以四邊形 為菱形(如圖所示).則原圖形的面積為.故選.
考點(diǎn)二 空間多面體的面積、體積
命題角度1 空間多面體的面積
例2 《九章算術(shù)》中將正四棱臺(tái)稱(chēng)為“方亭”.現(xiàn)有一方亭,高為2,上底面邊長(zhǎng)為2,下底面邊長(zhǎng)為4,則此方亭的表面積為 .
解:如圖所示,,分別是正四棱臺(tái)不相鄰兩個(gè)側(cè)面的高,.則 即為正四棱臺(tái)的高,且.
由,,得
.
所以此方亭的表面積為
.
故填.
【點(diǎn)撥】求解多面體的表面積,關(guān)鍵是找到其中的特征圖形,如棱柱中的矩形,棱錐中的直角三角形,棱臺(tái)中的直角梯形等,通過(guò)這些圖形,找到幾何元素間的關(guān)系,通過(guò)建立未知量與已知量間的關(guān)系進(jìn)行求解.
變式2 如圖1所示的正方體的棱長(zhǎng)為1,沿對(duì)角面(圖中陰影部分)將其分割成兩塊,重新拼接成如圖2所示的斜四棱柱,則所得的斜四棱柱的表面積是 .
解:由拼接規(guī)律,得斜四棱柱的上下兩個(gè)底面為矩形,長(zhǎng)為1,寬為;左右為兩個(gè)正方形,邊長(zhǎng)為1;前后為兩個(gè)平行四邊形,相鄰兩邊長(zhǎng)為1與,一個(gè)內(nèi)角為 .從而斜四棱柱的表面積是.故填.
命題角度2 空間多面體的體積
例3 如圖,在多面體中,已知是邊長(zhǎng)為1的正方形,且,均為正三角形,,,則該多面體的體積為( A )
A. B. C. D.
解:如圖,過(guò),兩點(diǎn)分別作,垂直于,垂足分別為,,連接,.可證得,.則多面體 分為三部分,即多面體的體積.
依題意,知 為等腰梯形.
易知,所以.
又,所以.
作 于點(diǎn),則 為 的中點(diǎn),所以.
所以.
所以,
,.
所以.故選.
【點(diǎn)撥】求空間多面體體積的常用方法為公式法、割補(bǔ)法和等積變換法(等體積法)割補(bǔ)法:將這個(gè)幾何體分割成幾個(gè)柱體、錐體,分別求出柱體和錐體的體積,從而得出要求的幾何體的體積.②等積變換法:對(duì)于三棱錐,由于其任意一個(gè)面均可作為棱錐的底面,從而可選擇更容易計(jì)算的方式來(lái)求體積,利用“等積性”還可求點(diǎn)到面的距離.
變式3 [2023年新課標(biāo)Ⅱ卷]底面邊長(zhǎng)為4的正四棱錐被平行于其底面的平面所截,截去一個(gè)底面邊長(zhǎng)為2,高為3的正四棱錐,所得棱臺(tái)的體積為28.
解:(方法一)如圖,由于,而截去的正四棱錐的高為3,所以原正四棱錐的高為6.所以正四棱錐的體積為,截去的正四棱錐的體積為.所以棱臺(tái)的體積為.
(方法二)棱臺(tái)的體積為.故填28.
考點(diǎn)三 空間旋轉(zhuǎn)體的面積、體積
命題角度1 空間旋轉(zhuǎn)體的面積
例4 如圖,四邊形為梯形,, ,以為圓心,為半徑畫(huà)一個(gè)扇形,則圖中陰影部分繞旋轉(zhuǎn)一周所形成的幾何體的表面積為 .
解:依題意,形成的幾何體是一個(gè)圓臺(tái)從上面挖出一個(gè)半球.
.又,所以 , .
故所求幾何體的表面積 .
故填 .
【點(diǎn)撥】 求旋轉(zhuǎn)體的表面積問(wèn)題需注意其側(cè)面展開(kāi)圖的應(yīng)用.直角梯形繞直角腰旋轉(zhuǎn)一周形成的是圓臺(tái),四分之一圓繞半徑所在的直線旋轉(zhuǎn)一周,形成的是半球,所以陰影部分繞旋轉(zhuǎn)一周形成的是組合體,圓臺(tái)挖去半球,.
變式4 如圖,以菱形的一邊所在的直線為軸,其余三邊旋轉(zhuǎn)一周形成的面圍成一個(gè)幾何體,已知,.則該幾何體的表面積為 .
解:作出所求的幾何體,如圖.
該幾何體上部分為圓錐,下部分為在圓柱內(nèi)挖去一個(gè)與上部分相同的圓錐.易知點(diǎn) 到 的距離為,即圓柱底面圓的半徑為,圓錐的側(cè)面積為,圓柱的側(cè)面積為.所以該幾何體的表面積為 .故填 .
命題角度2 空間旋轉(zhuǎn)體的體積
例5 如圖,在中, , ,,在三角形內(nèi)挖去一個(gè)半圓(圓心在邊上,半圓與,分別相切于點(diǎn),,交于點(diǎn)),則圖中陰影部分繞直線旋轉(zhuǎn)一周所得旋轉(zhuǎn)體的體積為 .
解:連接,則.
設(shè),因?yàn)?,所?
在 中,,解得.
在 中,因?yàn)?, ,,所以.
圖中陰影部分繞直線 旋轉(zhuǎn)一周所得幾何體為一個(gè)圓錐內(nèi)挖去一個(gè)球.設(shè)圓錐的體積為,球的體積為,則所求體積 .故填 .
【點(diǎn)撥】求旋轉(zhuǎn)體體積的一般思路是理解旋轉(zhuǎn)體的幾何特征,確定得到計(jì)算體積所需要的幾何量.求旋轉(zhuǎn)體的體積常用公式法、分割法等,注意相關(guān)公式要牢記.
變式5 已知,,,,將四邊形繞軸旋轉(zhuǎn)一周,則所得旋轉(zhuǎn)體的體積是( A )
A. B. C. D.
解:如圖,過(guò)點(diǎn) 作 軸的垂線交 軸于點(diǎn).則 是直角三角形.四邊形 是直角梯形,四邊形 繞 軸旋轉(zhuǎn)一周所得幾何體是一個(gè)圓錐和一個(gè)圓臺(tái)的組合體.易求得,,,,,,則所得旋轉(zhuǎn)體的體積為 .故選.

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