
第8章 立體幾何初步 章末測試(提升) 考試時間:120分鐘 滿分:150分 單選題(每題只有一個選擇為正確答案,每題5分,8題共40分) 1.(2022秋·四川)水平放置的的斜二測直觀圖如圖所示,已知,,軸,則中邊上的中線的長度為(????) A. B. C. D. 2.(2023吉林長春)在三棱錐中,平面,,,,則三棱錐的外接球半徑為(????) A.3 B. C. D.6 3.(2023上海浦東新·)用一個平面截正方體,截面圖形可能是(????) A.鈍角三角形 B.直角梯形 C.有兩個內(nèi)角相等的五邊形 D.正七邊形 4.(2023山東煙臺)米斗是古代官倉、米行等用來稱量糧食的器具,鑒于其儲物功能以及吉祥富足的寓意,現(xiàn)今多在超市、糧店等廣泛使用.如圖為一個正四棱臺形米斗(忽略其厚度),其上、下底面正方形邊長分別為、,側(cè)棱長為,若將該米斗盛滿大米(沿著上底面刮平后不溢出),設(shè)每立方分米的大米重千克,則該米斗盛裝大米約(????) A.千克 B.千克 C.千克 D.千克 5.(2022秋·廣西)在中,,,現(xiàn)以為旋轉(zhuǎn)軸,旋轉(zhuǎn)得到一個旋轉(zhuǎn)體,則該旋轉(zhuǎn)體的體積為(????) A. B. C. D. 6.(江西省吉安市2023屆)已知是圓錐的一條母線,是底面圓的一條直徑,為正三角形,,則與所成角的余弦值為(????) A. B. C. D. 7.(2022秋·黑龍江大興安嶺地)如圖,在正方體中,,,分別是,,的中點,有下列四個結(jié)論: ①與是異面直線; ②,,相交于一點; ③; ④平面. 其中所有正確結(jié)論的編號是(????) A.①④ B.②④ C.①③④ D.②③④ 8.(2021秋·吉林長春)如圖,在棱長為2的正方體ABCD-A1B1C1D1中,E,F(xiàn)分別是DD1,DB的中點,則下列選項中錯誤的是(????) A.EF平面 B. C.EF與AD1所成角為60° D.EF與平面所成角的正弦值為 二.多選題(每題至少有兩個選項為正確答案,少選且正確得2分,每題5分。4題共20分) 9.(2022秋·云南)折扇是我國古老文化的延續(xù),在我國已有四千年左右的歷史,“扇”與“善”諧音,折扇也寓意“善良”“善行”、它常以字畫的形式體現(xiàn)我國的傳統(tǒng)文化,也是運籌帷幄、決勝千里、大智大勇的象征(如圖1甲),圖乙是一個圓臺的側(cè)面展開圖(扇形的一部分),若兩個圓弧所在圓的半徑分別是3和6,且,則該圓臺的(????) A.高為 B.體積為 C.表面積為 D.內(nèi)切球的半徑為 10.(2022·云南)如圖,在三棱柱中,已知點G,H分別在,上,且GH經(jīng)過的重心,點E,F(xiàn)分別是AB,AC的中點,且B、C、G、H四點共面,則下列結(jié)論正確的是(????) A. B.平面 C. D.平面平面 11.(2022秋·江西宜春)長方體的長、寬、高分別為3,2,1,則(????) A.長方體的表面積為20 B.長方體的體積為6 C.沿長方體的表面從A到的最短距離為 D.沿長方體的表面從A到的最短距離為 12.(2022秋·江西撫州)如圖,在長方體中,,M,N分別為棱的中點,則下列說法正確的是(????) A.M,N,A,B四點共面 B.直線與平面相交 C.直線和所成的角為 D.平面和平面的夾角的正切值為2 三、填空題(每題5分,4題共20分) 13.(2022秋·上海黃浦)如圖,在三棱柱中,, ,,側(cè)棱的長為1,則該三棱柱的高等于________ 14.(2022秋·安徽六安)正三棱錐的側(cè)棱長為,為的中點,且,則三梭錐外接球的表面積為______. 15.(2022·四川雅安)如圖,在長方體中,底面為正方形,E,F(xiàn)分別為,CD的中點,點G是棱上靠近的三等分點,直線BE與平面所成角為.給出以下4個結(jié)論: ①平面;????②; ③平面平面;????④B,E,F(xiàn),G四點共面. 其中,所有正確結(jié)論的序號為______. 16.(2022秋·遼寧)正方體的棱長為1,點P是內(nèi)不包括邊界的動點,若,則線段AP長度的最小值為___________. 四、解答題(17題10分,其余每題12分,6題共70分) 17.(2022春·上海浦東新)已知在直角三角形中,,(如圖所示) (1)若以為軸,直角三角形旋轉(zhuǎn)一周,求所得幾何體的表面積. (2)一只螞蟻在問題(1)形成的幾何體上從點繞著幾何體的側(cè)面爬行一周回到點,求螞蟻爬行的最短距離. 18.(2023·云南)如圖所示,在四棱錐中,底面為平行四邊形,側(cè)面為正三角形,為線段上一點,為的中點. (1)當(dāng)為的中點時,求證:平面. (2)當(dāng)平面,求出點的位置,說明理由. 19.(2022秋·廣西玉林)如圖,已知正三棱柱的底面邊長是2,D是側(cè)棱的中點,直線AD與側(cè)面所成的角為45°. (1)求此正三棱柱的側(cè)棱長; (2)求二面角A-BD-C的正切值; (3)求點C到平面ABD的距離. 20.(2022天津)如圖,在四棱錐中,,為棱的中點,平面. (1)證明:平面 (2)求證:平面平面 (3)若二面角的大小為,求直線與平面所成角的正切值. 21.(2022春·新疆·高一兵團(tuán)第一師高級中學(xué)??计谀┤鐖D,在四棱錐中,底面是菱形,,,,底面,,點在棱上,且. (1)證明:平面平面; (2)求二面角的余弦值. (3)求四面體的體積. 22.(2022春·安徽安慶·高一??茧A段練習(xí))如圖,矩形和梯形所在平面互相垂直,. (1)證明:平面; (2)當(dāng)?shù)拈L為何值時,二面角的大小為? 第8章 立體幾何初步 章末測試(提升) 考試時間:120分鐘 滿分:150分 單選題(每題只有一個選擇為正確答案,每題5分,8題共40分) 1.(2022秋·四川)水平放置的的斜二測直觀圖如圖所示,已知,,軸,則中邊上的中線的長度為(????) A. B. C. D. 【答案】A 【解析】利用斜二測畫法將直觀圖還原如圖,易知此時,, 又由軸得軸,故, 不妨設(shè)是的中點,則, 所以在中,,即中邊上的中線的長度為. 故選:A. . 2.(2023吉林長春)在三棱錐中,平面,,,,則三棱錐的外接球半徑為(????) A.3 B. C. D.6 【答案】C 【解析】由正弦定理得,△外接圓直徑為,得r=3. 設(shè)球心到平面的距離為,則. ∴三棱錐的外接球半徑為. 故選:C 3.(2023上海浦東新·)用一個平面截正方體,截面圖形可能是(????) A.鈍角三角形 B.直角梯形 C.有兩個內(nèi)角相等的五邊形 D.正七邊形 【答案】C 【解析】用一個平面截正方體,截面圖形可能是三角形,四邊形,五邊形,六邊形. 對于A:截面圖形如果是三角形,只能是銳角三角形,不可能是直角三角形和鈍角三角形. 如圖所示的截面三角形. 設(shè),所以,,. 所以由余弦定理得:所以為銳角. 同理可求:為銳角,為銳角. 所以為銳角三角形.故A錯誤; 對于B:截面圖形如果是四邊形,可能是正方形,可能是矩形,可能是菱形,可能是一般梯形,也可能是等腰梯形,不可能是直角梯形. 故B錯誤; 對于C:如圖示的截面圖為五邊形,并且有兩個角相等. 故C正確; 對于D:因為正方體有六個面,所以一個平面截正方體,邊數(shù)最多為6.所以D錯誤. 故選:C 4.(2023山東煙臺)米斗是古代官倉、米行等用來稱量糧食的器具,鑒于其儲物功能以及吉祥富足的寓意,現(xiàn)今多在超市、糧店等廣泛使用.如圖為一個正四棱臺形米斗(忽略其厚度),其上、下底面正方形邊長分別為、,側(cè)棱長為,若將該米斗盛滿大米(沿著上底面刮平后不溢出),設(shè)每立方分米的大米重千克,則該米斗盛裝大米約(????) A.千克 B.千克 C.千克 D.千克 【答案】C 【解析】設(shè)該正棱臺為,其中上底面為正方形,取截面,如下圖所示: 易知四邊形為等腰梯形,且,,, 分別過點、在平面內(nèi)作,,垂足分別為點、, 由等腰梯形的幾何性質(zhì)可得,又因為,, 所以,,所以,, 因為,易知, 故四邊形為矩形,則,, 所以,,故該正四棱臺的高為, 所以,該米斗的體積為, 所以, 該米斗所盛大米的質(zhì)量為. 故選:C. 5.(2022秋·廣西)在中,,,現(xiàn)以為旋轉(zhuǎn)軸,旋轉(zhuǎn)得到一個旋轉(zhuǎn)體,則該旋轉(zhuǎn)體的體積為(????) A. B. C. D. 【答案】D 【解析】取中點為,則可看作兩個直角三角形和,將以為旋轉(zhuǎn)軸,旋轉(zhuǎn)得到的旋轉(zhuǎn)體相當(dāng)于將和,分別以直角邊和為軸旋轉(zhuǎn),可得到兩個同底等高的圓錐構(gòu)成的組合體. ∵,, ∴,,, 圓錐的底面圓面積,高為, 體積, 故所求旋轉(zhuǎn)體體積為. 故選:D. 6.(江西省吉安市2023屆)已知是圓錐的一條母線,是底面圓的一條直徑,為正三角形,,則與所成角的余弦值為(????) A. B. C. D. 【答案】A 【解析】如圖,延長交圓于,連接,取的中點,連接,則, 則為與所成的角, 不妨設(shè)圓的半徑為,則,, 因為為、的中點,則四邊形為平行四邊形, ,,則, 在中,, 由余弦定理可得, 所以,. 故選:A. 7.(2022秋·黑龍江大興安嶺地)如圖,在正方體中,,,分別是,,的中點,有下列四個結(jié)論: ①與是異面直線; ②,,相交于一點; ③; ④平面. 其中所有正確結(jié)論的編號是(????) A.①④ B.②④ C.①③④ D.②③④ 【答案】B 【解析】對于①,因為,,所以,又,所以與是相交直線,則①不正確; 對于②,設(shè),面面,面面,所以平面,平面,又面面, 所以,,相交于一點,②正確; 對于③,令,連接, 因為,分別是,的中點, 所以,,則為平行四邊形, 所以,而,所以③不正確; 對于④,因為平面,平面, 所以平面,④正確. 綜上所述,②④正確, 故選:B. 8.(2021秋·吉林長春)如圖,在棱長為2的正方體ABCD-A1B1C1D1中,E,F(xiàn)分別是DD1,DB的中點,則下列選項中錯誤的是(????) A.EF平面 B. C.EF與AD1所成角為60° D.EF與平面所成角的正弦值為 【答案】C 【解析】對于A,連接BD1,在中,E、F分別為D1D、DB的中點,則EFD1B, 又∵D1B平面ABC1D1,EF平面ABC1D1 ,∴EF平面ABC1D1,故A正確; 對于B,∵平面,平面,∴B1C⊥AB, 又B1C⊥BC1,AB平面ABC1D1,BC1平面ABC1D1,ABBC1=B,∴B1C⊥平面ABC1D1, 又∵BD1平面ABC1D1,∴B1C⊥BD1,而EFBD1,∴EF⊥B1C,故B正確; 對于C,由,得EF與AD1所成角為. 在中,,所以, 所以EF與AD1所成角不為60°,故C錯誤; 對于D,由,且平面,所以為EF與平面BB1C1C所成的角, 在中,,所以,故D正確. 故選:C. 多選題(每題至少有兩個選項為正確答案,少選且正確得2分,每題5分。4題共20分) 9.(2022秋·云南)折扇是我國古老文化的延續(xù),在我國已有四千年左右的歷史,“扇”與“善”諧音,折扇也寓意“善良”“善行”、它常以字畫的形式體現(xiàn)我國的傳統(tǒng)文化,也是運籌帷幄、決勝千里、大智大勇的象征(如圖1甲),圖乙是一個圓臺的側(cè)面展開圖(扇形的一部分),若兩個圓弧所在圓的半徑分別是3和6,且,則該圓臺的(????) A.高為 B.體積為 C.表面積為 D.內(nèi)切球的半徑為 【答案】ACD 【解析】設(shè)圓臺的上底面半徑為,下底面半徑為, 則,即;,即; 圓臺的母線長,所以圓臺的高,故A正確; 圓臺的體積,故B錯誤; 圓臺的表面積,所以C正確; 由于圓臺的母線長等于上下底面半徑和,所以圓臺的高即為內(nèi)切球的直徑,所以內(nèi)切球的半徑為,即D正確. 故選:ACD. 10.(2022·云南)如圖,在三棱柱中,已知點G,H分別在,上,且GH經(jīng)過的重心,點E,F(xiàn)分別是AB,AC的中點,且B、C、G、H四點共面,則下列結(jié)論正確的是(????) A. B.平面 C. D.平面平面 【答案】ABC 【解析】對于A,因為平面∥平面ABC,平面平面,平面平面,所以∥,因為E,F(xiàn)分別是AB,AC的中點,所以∥,,所以∥,所以A正確, 對于B,由選項A可知∥,因為平面,平面,所以∥平面,所以B正確, 對于C,因為∥,∥,所以∥,因為GH經(jīng)過的重心,所以,因為,所以,因為,所以,所以C正確, 對于D,因為,,所以,因為∥,所以四邊形為梯形,且與為腰,所以與必相交,因為平面,平面,所以平面與平面相交,所以D錯誤, 故選:ABC 11.(2022秋·江西宜春)長方體的長、寬、高分別為3,2,1,則(????) A.長方體的表面積為20 B.長方體的體積為6 C.沿長方體的表面從A到的最短距離為 D.沿長方體的表面從A到的最短距離為 【答案】BC 【解析】長方體的表面積為,A錯誤.長方體的體積為,B正確.如圖(1)所示,長方體中,,,.求表面上最短(長)距離可把幾何體展開成平面圖形,如圖(2)所示,將側(cè)面和側(cè)面展開, ?? 則有,即經(jīng)過側(cè)面和側(cè)面時的最短距離是;如圖(3)所示,將側(cè)面和底面展開,則有,即經(jīng)過側(cè)面和底面時的最短距離是;如圖(4)所示,將側(cè)面和底面展開, ?? 則有,即經(jīng)過側(cè)面和底面時的最短距離是.因為,所以沿長方體表面由A到的最短距離是,C正確,D不正確. 故選:BC. 12.(2022秋·江西撫州)如圖,在長方體中,,M,N分別為棱的中點,則下列說法正確的是(????) A.M,N,A,B四點共面 B.直線與平面相交 C.直線和所成的角為 D.平面和平面的夾角的正切值為2 【答案】BCD 【解析】A:連接,如下圖面,而面,面, 所以M,N,A,B四點不共面,錯誤; B:若為中點,連接,N為棱的中點, 由長方體性質(zhì)知:,顯然面, 若面,而面,顯然有矛盾, 所以直線與平面相交,正確; C:若分別是中點,連接, 由長方體性質(zhì)易知:, 而,故,即直線和所成的角為, 由題設(shè),易知,即△為等邊三角形, 所以為,正確; D:若分別是中點,顯然,易知共面, 所以平面和平面的夾角,即為面和面的夾角, 而面面,長方體中,, 如下圖,為和面夾角的平面角,,正確. 故選:BCD 三、填空題(每題5分,4題共20分) 13.(2022秋·上海黃浦)如圖,在三棱柱中,, ,,側(cè)棱的長為1,則該三棱柱的高等于________ 【答案】 【解析】過作平面、直線的垂線,交點分別為O,D,E,連接OD、OC、OE,則即為三棱柱的高, 由平面,平面,可得, 又,平面,平面, 所以平面,又平面, 所以,同理可得,又, 所以四邊形為矩形, 在直角三角形和中,,,側(cè)棱的長為1, 則,, 所以, 所以, 即三棱柱的高等于. 故答案為:. 14.(2022秋·安徽六安)正三棱錐的側(cè)棱長為,為的中點,且,則三梭錐外接球的表面積為______. 【答案】 【解析】為中點,,,,, 又,平面,平面, 平面,,又,,平面, 平面,又三棱錐為正三棱錐,側(cè)面為全等的等腰直角三角形, 三棱錐為如圖所示的棱長為的正方體的一角, 該正方體的外接球即為三棱錐的外接球, 正方體外接球半徑,所求外接球表面積. 故答案為:. 15.(2022·四川雅安)如圖,在長方體中,底面為正方形,E,F(xiàn)分別為,CD的中點,點G是棱上靠近的三等分點,直線BE與平面所成角為.給出以下4個結(jié)論: ①平面;????②; ③平面平面;????④B,E,F(xiàn),G四點共面. 其中,所有正確結(jié)論的序號為______. 【答案】①②③ 【解析】設(shè),連接,則, 又, 所以, 所以四邊形為平行四邊形, 所以,又平面,平面, 所以平面,故①正確; 連接,因為底面為正方形, 所以, 所以,又,, 所以,故②正確; 由題可知平面, 所以為直線BE與平面所成角,即, 則,, 所以,又平面,平面, 所以,又平面,平面, 所以平面,又平面, 所以平面平面,故③正確; 延長交的延長線于,連接交于,連接,則B,E,F(xiàn)確定平面, 由,可得,又點是棱上靠近的三等分點, 所以平面,故④錯誤, 所以所有正確結(jié)論的序號為①②③. 故答案為:①②③. 16.(2022秋·遼寧)正方體的棱長為1,點P是內(nèi)不包括邊界的動點,若,則線段AP長度的最小值為___________. 【答案】 【解析】與相交于,連接,,, ,,,故平面,, 故平面,P是內(nèi)不包括邊界的動點,故在上, 當(dāng)時,最小 中,,, 根據(jù)等面積法:. 故答案為: 四、解答題(17題10分,其余每題12分,6題共70分) 17.(2022春·上海浦東新)已知在直角三角形中,,(如圖所示) (1)若以為軸,直角三角形旋轉(zhuǎn)一周,求所得幾何體的表面積. (2)一只螞蟻在問題(1)形成的幾何體上從點繞著幾何體的側(cè)面爬行一周回到點,求螞蟻爬行的最短距離. 【答案】(1)(2) 【解析】(1)在直角三角形中,由 即,得,若以為軸旋轉(zhuǎn)一周, 形成的幾何體為以為半徑,高的圓錐, 則,其表面積為. (2)由問題(1)的圓錐,要使螞蟻爬行的最短距離, 則沿點的母線把圓錐側(cè)面展開為平面圖形, 最短距離就是點到點的距離,, 在中,由余弦定理得. 18.(2023·云南)如圖所示,在四棱錐中,底面為平行四邊形,側(cè)面為正三角形,為線段上一點,為的中點. (1)當(dāng)為的中點時,求證:平面. (2)當(dāng)平面,求出點的位置,說明理由. 【答案】(1)證明見解析; (2)存在點M,點M為PD上靠近P點的三等分點,理由見解析. 【解析】(1)取中點為,連接, 在中,為的中點,為中點, , 在平行四邊形中,為的中點, , , 四邊形為平行四邊形, 面面, 平面; (2)連接,相交于,連接, 面,面面面, ,, 即存在點M,M為PD上靠近P點的三等分點. 19.(2022秋·廣西玉林)如圖,已知正三棱柱的底面邊長是2,D是側(cè)棱的中點,直線AD與側(cè)面所成的角為45°. (1)求此正三棱柱的側(cè)棱長; (2)求二面角A-BD-C的正切值; (3)求點C到平面ABD的距離. 【答案】(1) (2)3 (3) 【解析】(1)設(shè)正三棱柱的側(cè)棱長為x,取BC中點E,連接AE, ∵是正三角形,∴, 又底面?zhèn)让?,且兩平面交線為BC,∴側(cè)面. 連接ED,則∠ADE為直線AD與側(cè)面所成的角,∴∠ADE=45°, 在中,,解得,∴此正三棱柱的側(cè)棱長為. (2)過E作于F,連接AF, ∵側(cè)面,∴,可知,∴∠AFE為二面角A-BD-C的平面角. 在中,,又BE=1,,∴. 又,∴在中,. (3)由(2)可知,平面AEF,∴平面平面ABD,且交線為AF. 過E作于G,則平面ABD.∴EG的長為點E到平面ABD的距離. 在中,. ∵E為BC中點,∴點C到平面ABD的距離為. 20.(2022天津)如圖,在四棱錐中,,為棱的中點,平面. (1)證明:平面 (2)求證:平面平面 (3)若二面角的大小為,求直線與平面所成角的正切值. 【答案】(1)證明見解析 (2)證明見解析 (3) 【解析】(1)∵且,∴四邊形為平行四邊形, ∴,又平面,平面, 所以平面. (2)∵平面,平面,∴, 連接,∵且,∴四邊形為平行四邊形, ∵,,∴平行四邊形為正方形,∴, 又,∴, 又,面,∴面, ∵面,∴平面平面. (3)∵平面,平面,∴, 又,,平面,∴平面, 因為平面,∴ ∴為二面角的平面角,從而,所以, 作于,連接, ∵平面平面,平面,平面平面, ∴面,所以為直線與平面所成角, 在直角中,,,,∴, 因為面,面,所以, 在直角中,,, ∴, 則直線與平面所成角的正切值為. 21.(2022春·新疆·高一兵團(tuán)第一師高級中學(xué)??计谀┤鐖D,在四棱錐中,底面是菱形,,,,底面,,點在棱上,且. (1)證明:平面平面; (2)求二面角的余弦值. (3)求四面體的體積. 【答案】(1)證明見解析; (2); (3)﹒ 【解析】(1)∵平面,平面ABCD,∴, ∵在菱形中,,且,BD、PO平面PBD, ∴平面,∵AC平面ACE,∴平面平面; (2)連接,則平面平面=OE, 由(1)知平面,則,OC⊥PD, 故是二面角的平面角. ∵,CE∩OE=E,CE、OE平面OCE, ∴PD⊥平面OCE,∴⊥OE. 在菱形中,,,則△ABC是等邊三角形, 則易知, 又,∴, 故, ∴, 即二面角的余弦值為. (3)由(2)可知,PE=,ED=PD-PE=, ∵PO⊥底面ABCD,∴點到底面的距離為E到直線BD的距離,為, 而, . 22.(2022春·安徽安慶·高一??茧A段練習(xí))如圖,矩形和梯形所在平面互相垂直,. (1)證明:平面; (2)當(dāng)?shù)拈L為何值時,二面角的大小為? 【答案】(1)證明見解析 (2) 【解析】(1) 解:過點E作交于點G,連接, ,, 四邊形為矩形,則 ∵四邊形為矩形, ∴, ∴四邊形為平行四邊形, ∴. ∵平面,平面, ∴平面. (2) 解:過點B作交的延長線于點H,連接. 平面平面,交線為 又,平面 平面, ,又,平面 平面 , ∴為二面角的平面角. 在中, ∵, ∴, ∵, ∴,∴, ∴. ∵, ∴當(dāng)為時,二面角的大小為.
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