题目列表(包括答案和解析)

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2.(2009·黄冈一模)过半径为2的球O表面上一点A作球O的截面,若OA与该截面所成的角是60°,则该截面的面积是                                         ( )

A.π           B.2π       C.3π       D.2π

答案:A

解析:如图,截面圆的半径r=1,S截面=πr2=π,故选A.

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1.(2009·河北唐山一模)球的一个截面是半径为3的圆,球心到这个截面的距离是4,则该球的表面积是                                                    ( )

A.100π         B.50π      C.π             D.π

答案:A

解析:由已知得球的半径为5,所以S=4πR2=100π,故选A.

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22.(2009·深圳调考一)(本小题满分12分)如图所示,AB为圆O的直径,点E、F在圆O上,AB∥EF,矩形ABCD所在平面和圆O所在的平面互相垂直.已知AB=2,EF=1.

(1)求证:平面DAF⊥平面CBF;

(2)求直线AB与平面CBF所成角的大小;

(3)当AD的长为何值时,二面角D-FE-B的大小为60°?

解析:(1)证明:∵平面ABCD⊥平面ABEF,CB⊥AB,

平面ABCD∩平面ABEF=AB,

∴CB⊥平面ABEF.

∵AF⊂平面ABEF,∴AF⊥CB,

又∵AB为圆O的直径,∴AF⊥BF,

∴AF⊥平面CBF.

∵AF⊂平面DAF,∴平面DAF⊥平面CBF.

(2)解:根据(1)的证明,有AF⊥平面CBF,

∴FB为AB在平面CBF上的射影,

因此,∠ABF为直线AB与平面CBF所成的角.

∵AB∥EF,∴四边形ABEF为等腰梯形,

过点F作FH⊥AB,交AB于H.

AB=2,EF=1,则AH==.

在Rt△AFB中,根据射影定理AF2=AH·AB,得AF=1,

sin∠ABF==,∴∠ABF=30°,

∴直线AB与平面CBF所成角的大小为30°.

(3)解:过点A作AM⊥EF,交EF的延长线于点M,连结DM.

根据(1)的证明,DA⊥平面ABEF,则DM⊥EF,

∴∠DMA为二面角D-FE-B的平面角,

∠DMA=60°.

在Rt△AFH中,∵AH=,AF=1,

∴FH=.

又∵四边形AMFH为矩形,∴MA=FH=.

∵AD=MA·tan∠DMA=·=.

因此,当AD的长为时,二面角D-FE-B的大小为60°.

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21.(2009·安徽,18)(本小题满分12分)如图所示,四棱锥F-ABCD的底面ABCD是菱形,其对角线AC=2,BD=.AE、CF都与平面ABCD垂直,AE=1,CF=2.

(1)求二面角B-AF-D的大小;

(2)求四棱锥E-ABCD与四棱锥F-ABCD公共部分的体积.

命题意图:本题考查空间位置关系,二面角平面角的作法以及空间几何体的体积计算等知识.考查利用综合法或向量法解决立体几何问题的能力.

解答:(1)解:连接AC、BD交于菱形的中心O,过O作OG⊥AF,G为垂足,连接BG、DG.

由BD⊥AC,BD⊥CF得BD⊥平面ACF,故BD⊥AF.

于是AF⊥平面BGD,所以BG⊥AF,DG⊥AF,∠BGD为二面角B-AF-D的平面角.

由FC⊥AC,FC=AC=2,得∠FAC=,OG=.

由OB⊥OG,OB=OD=,得∠BGD=2∠BGO=.

(2)解:连接EB、EC、ED,设直线AF与直线CE相交于点H,则四棱锥E-ABCD与四棱锥F-ABCD的公共部分为四棱锥H-ABCD.

过H作HP⊥平面ABCD,P为垂足.

因为EA⊥平面ABCD,FC⊥平面ABCD,

所以平面ACEF⊥平面ABCD,从而P∈AC,HP⊥AC.

由+=+=1,得HP=.

又因为S菱形ABCD=AC·BD=,

故四棱锥H-ABCD的体积V=S菱形ABCD·HP=.

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20.(本小题满分12分)(2010·唐山市高三摸底考试)如图,在正四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,AB=1,AA1=2,N是A1D的中点,M∈BB1,异面直线MN与A1A所成的角为90°.

(1)求证:点M是BB1的中点;

(2)求直线MN与平面ADD1A1所成角的大小;

(3)求二面角A-MN-A1的大小.

解析:(1)取AA1的中点P,连结PM,PN.

∵N是A1D的中点,∴AA1⊥PN,又∵AA1⊥MN,MN∩PN=N,

∴AA1⊥面PMN.

∵PM⊂面PMN,∴AA1⊥PM,∴PM∥AB,

∴点M是BB1的中点.

(2)由(1)知∠PNM即为MN与平面ADD1A1所成的角.

在Rt△PMN中,易知PM=1,PN=,

∴tan∠PNM==2,∠PNM=arctan2.

故MN与平面ADD1A1所成的角为arctan2.

(3)∵N是A1D的中点,M是BB1的中点,∴A1N=AN,A1M=AM,

又MN为公共边,∴△A1MN≌△AMN.

在△AMN中,作AG⊥MN交MN于G,连结A1G,则∠A1GA即为二面角A-MN-A1的平面角.

在△A1GA中,AA1=2,A1G=GA=,

∴cos∠A1GA==-,∴∠A1GA=arccos(-),

故二面角A-MN-A1的大小为arccos(-).

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19.(本小题满分12分)如图,四棱锥S-ABCD的底面是直角梯形,∠ABC=∠BCD=90°,AB=BC=SB=SC=2CD=2,侧面SBC⊥底面ABCD.

(1)由SA的中点E作底面的垂线EH,试确定垂足H的位置;

(2)求二面角E-BC-A的大小.

解析:(1)作SO⊥BC于O,则SO⊂平面SBC,

又面SBC⊥底面ABCD,

面SBC∩面ABCD=BC,

∴SO⊥底面ABCD①

又SO⊂平面SAO,∴面SAO⊥底面ABCD,

作EH⊥AO,∴EH⊥底面ABCD②

即H为垂足,由①②知,EH∥SO,

又E为SA的中点,∴H是AO的中点.

(2)过H作HF⊥BC于F,连结EF,

由(1)知EH⊥平面ABCD,∴EH⊥BC,

又EH∩HF=H,∴BC⊥平面EFH,∴BC⊥EF,

∴∠HFE为面EBC和底面ABCD所成二面角的平面角.

在等边三角形SBC中,∵SO⊥BC,

∴O为BC中点,又BC=2.

∴SO==,EH=SO=,

又HF=AB=1,

∴在Rt△EHF中,tan∠HFE===,

∴∠HFE=arctan.

即二面角E-BC-A的大小为arctan.

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18.(本小题满分12分)如图,正四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,AA1=2AB=4,点E在C1C上且C1E=3EC.

(1)证明A1C⊥平面BED;

(2)求二面角A1-DE-B的大小.

解析:依题设知AB=2,CE=1,

(1)证明:连结AC交BD于点F,则BD⊥AC.

由三垂线定理知,BD⊥A1C.

在平面A1CA内,连结EF交A1C于点G,

由于==2,

故Rt△A1AC∽Rt△FCE,∠AA1C=∠CFE,∠CFE与∠FCA1互余.

于是A1C⊥EF.

A1C与平面BED内两条相交直线BD、EF都垂直.

所以A1C⊥平面BED.

(2)作GH⊥DE,垂足为H,连结A1H.

由三垂线定理知A1H⊥DE,

故∠A1HG是二面角A1-DE-B的平面角.

EF==,

CG== .

EG==.

=,GH=×= .

又A1C==2,A1G=A1C-CG=,

tan∠A1HG==5.

所以二面角A1-DE-B的大小为arctan5.

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17.(本小题满分10分)如图,四棱锥S-ABCD的底面是正方形,SA⊥底面ABCD,E是SC上一点.

(1)求证:平面EBD⊥平面SAC;

(2)假设SA=4,AB=2,求点A到平面SBD的距离;

解析:(1)∵正方形ABCD,∴BD⊥AC,又∵SA⊥平面ABCD,∴SA⊥BD,则BD⊥平面SAC,又BD⊂平面BED,∴平面BED⊥平面SAC.

(2)设AC∩BD=O,由三垂线定理得BD⊥SO.AO=AC=AB=··2=,SA=4,则SO===3,S△BSD=BD·SO=·2·3=6.设A到面BSD的距离为h,则VS-ABD=VA-BSD,即S△ABD·SA=S△BSD·h,解得h=,即点A到平面SBD的距离为.

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16.如图,已知球O的面上四点A、B、C、D,DA⊥平面ABC,AB⊥BC,DA=AB=BC=,则球O的体积等于________.

答案:π

解析:△ABC的外接圆的直径为AC,AC=,由DA⊥面ABC得DA⊥AC,

∴CD为球的直径,CD==3,

∴球的半径R=,

∴V球=πR3=π.

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15.(2009·四川,15)如图所示,已知正三棱柱ABC-A1B1C1的各条棱长都相等,M是侧棱CC1的中点,则异面直线AB1和BM所成的角的大小是________.

答案:90°

解析:设棱长为a,补正三棱柱ABC-A2B2C2(如图).平移AB1至A2B,连结A2M,∠MBA2即为AB1与BM所成的角,在△A2BM中,A2B=a,

BM==a,

A2M==a,

∴A2B2+BM2=A2M2,∴∠MBA2=90°.

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