《金版新学案》高三数学一轮复习高效测评卷 第七章 立体几何 理 北师大版

余年寄山水
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2020年08月16日 06:23
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《金版新学案》高三一轮总复习[B师大]数学理科高效测评卷(七)
第七章 立体几何
—————————————————————————————————————
【说明】 本试卷分为第Ⅰ、Ⅱ卷两部分,请将第Ⅰ卷选择题的答案填入答题格内,第
Ⅱ卷可在 各题后直接作答,共150分,考试时间120分钟.
第Ⅰ卷 (选择题 共60分)
题号
答案
1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

一、选择 题(本大题共12小题,每小题5分,共60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.在空间中,“两条直线没有公共点”是“这两条直线平行”的( )
A.充分不必要条件
C.充要条件
B.必要不充分条件
D.既不充分也不必要条件
2.下列四个命题中,真命题的个数为( )
①如果两个平面有三个公共点,那么这两个平面重合
②两条直线可以确定一个平面
③若
M
∈
α
,
M
∈
β
,
α
∩
β
=
l
,则
M
∈
l

④空间中,相交于同一点的三条直线在同一平面内
A.1
C.3
B.2
D.4
3
,且一个内角为60°的菱形,俯视
2
3.一个空间几何体的主视图、左视图都是面积为
图为正方形,那么这个几何体的表面积为( )

A.23
C.4
B.43
D.8
4.体 积为52的圆台,一个底面积是另一个底面积的9倍,那么截得这个圆台的圆锥的
体积是( )
用心 爱心 专心
1


A.54
C.58
B.54π
D.58π
5.设三条不同的直线
a
、
b
、
c
,两个不同的平面
α
,
β
,
bα
,
c
⃘
α
.则下列命题不
成立的是( )
A.若
α
∥
β
,
c
⊥
α
,则
c
⊥
β

B.“若
b
⊥
β
,则< br>α
⊥
β
”的逆命题
C.若
a
是
c
在
α
的射影,
b
⊥
a
,则
c
⊥
b

D.“若
b
∥
c
,则
c
∥
α< br>”的逆否命题
6.正方体
ABCD
-
A
1
B
1
C
1
D
1
中,
BB
1
与平面
ACD
1
所成角的余弦值为( )
A.
2

3
B.
3

3
6

3
2
C.
3
D.
7.设
P
是平面< br>α
外一点,且
P
到平面
α
内的四边形的四条边的距离都相等, 则四边
形是( )
A.梯形
C.圆内接四边形
B.圆外切四边形
D.任意四边形
8.用
a
,
b
,
c
表示三条不同的直线,
γ
表示平面,给出下列命题:
①若< br>a
∥
b
,
b
∥
c
,则
a
∥
c
;②若
a
⊥
b
,
b
⊥
c
,则
a
⊥
c
;③若
a
∥
γ
,
b
∥
γ
,则
a
∥
b
;
④若
a
⊥
γ
,
b
⊥
γ
,则
a
∥
b.
其中真命题的序号是( )
A.①②
C.①④
B.②③
D.③④
9.设三棱柱的侧棱垂直于底面,所有棱的长都为
a< br>,顶点都在一个球面上,则该球的
表面积为( )
A.π
a

C.
11
2
π
a

3
2
7
2
B.π
a

3
D.5π
a

2
10.正四棱柱
ABCD
-
A
1
B
1
C
1
D
1
中,AB
=3,
BB
1
=4,长为1的线段
PQ
在棱
AA
1
上移动,长为3的线段
MN
在棱
CC
1
上 移动,点
R
在棱
BB
1
上移动,
则四棱锥
R
-
PQMN
的体积是( )
A.6
C.12
B.10
D.不确定
11.已知平面
α
⊥平面
β
,
α
∩
β
=
l
,点
A
∈
α,
A
∉
l
,直线
AB
∥
l
,直线AC
⊥
l
,直
用心 爱心 专心
2


线
m
∥
α
,
m
∥β
,则下列四种位置关系中,不一定成立的是( )
A.
AB
∥
m

C.
AB
∥
β

B.
AC
⊥
m

D.
AC
⊥
β

12.设
α
,
β
,
γ
是三个互不重合的平面,
m
,
n
是直线,给出 下列命题:
①
α
⊥
β
,
β
⊥
γ
,则
α
⊥
γ
;
②若
α
∥
β
,< br>m
⃘
β
,
m
∥
α
,则
m
∥
β
;
③若
m
,
n
在
γ
内的射影 互相垂直,则
m
⊥
n
;
④若
m
∥
α,
n
∥
β
,
α
⊥
β
,则
m< br>⊥
n
.
其中正确命题的个数为( )
A.0
C.2
B.1
D.3

第Ⅱ卷 (非选择题 共90分)

第Ⅱ
题 号

得 分

第Ⅰ卷
网]


二

17

18

19

20

21 22
总 分


二、填空题(本大题共4小题,每小题4分,共16分.请把正确答案填在题中横线上)
13 .如图,一个空间几何体的主视图左视图和左视图都是边长为2的正三角形,俯视图
是一个圆,那么该几 何体的体积是________.

14.如图,点
O
为正方体
A BCD
-
A
′
B
′
C
′
D
′的中 心,点
E
为面
B
′
BCC
′的中心,点
F
为
B
′
C
′的中点,则空间四边形
D
′
OEF在该正方
体的面上的正投影可能是________(填出所有可能的图的序号).
< br>15.如图,在长方体
ABCD
-
A
1
B
1
C
1
D
1
中,
AB
=6,
AD
=4,AA
1
=3,分别过
BC
,
A
1
D
1
的两
个平行截面将长方体分成三部分,其体积分别记为
V
1
=
VAEA
1
-
DFD
1
,
V
2
=
VEBE
1
A
1
-
FCF
1
D
1
,
用心 爱心 专心
3


V3
=
VB
1
E
1
B
-
C
1< br>F
1
C
.若
V
1
∶
V
2
∶
V
3
=1∶4∶1,则截面
A
1
EFD
1
的面积为________.

16.如图,在棱长为
a
的正方体
ABCD
-
A
1
B
1
C
1
D
1< br>中,点
E
为
AA
1
的中点,在对角面
BDD
1
B
1
上取一点
M
,使
AM
+
ME
最小,其最小值为________.

三、解答题(本大题共6小题,共74分.解答时 应写出必要的文字说明、证明过程或演
算步骤)
17.(12分)一几何体的三视图如下:

(1)画出它的直观图,并求其体积;
(2)你能发现该几何体的哪些面互相垂直?试一一列出.











18.(12分)已知直 三棱柱
ABC
-
A
1
B
1
C
1
中 ,∠
ACB
=90°,
AC
=
CB
=
AA
1
=2,
D
是
AB
的
用心 爱心 专心
4


中点.
(1)求证:
CD
⊥平面
ABB
1
A
1
;
(2)求二面角
D
-
A
1
C
-
A
的正切值.





19.(12分)如图所示,为了 制作一个圆柱形灯笼,先要制作4个全等的矩形骨架,总
计耗用9.6米铁丝,再用
S
平方米塑料片制成圆柱的侧面和下底面(不安装上
底面).
(1)当圆柱底面半径
r
取何值时,
S
取得最大值?并求出该最大值(结果精
确到0.01平方米);
(2)若要制作一个如图放置的、底面半径为0.3米的灯笼,请作出用于制作灯笼的三视
图( 作图时,不需考虑骨架等因素).


















20.(12分)如图所示,四棱锥
P
-
ABCD
中,< br>AB
⊥
AD
,
AD
⊥
DC
,
PA< br>⊥底面
ABCD
,
PA
=
AD
用心 爱心 专心
5


1
=
AB
=
CD
=1,
M
为
PB
的中点.
2
(1)试在< br>CD
上确定一点
N
,使得
MN
∥平面
PAD
;
(2)点
N
在满足(1)的条件下,求直线
MN
与平面
PAB
所成角的正弦值.
















2 1.(12分)如图,已知四棱锥
P
-
ABCD
中,底面
ABCD< br>是平行四边形,
PG
⊥平面
ABCD
,垂足为
G
,< br>G
在
AD
上,且
AG
=
GD
,
BG
⊥
GC
,
GB
=
GC
=2,
E
8
是
BC
的中点,四面体
P
-
BCG
的体积为.
3
(1)求异面直线
GE
与
PC
所成的角的余弦值;
(2)求点
D
到平面
PBG
的距离;
(3)若
F
点是棱
PC
上一点,且
DF
⊥
GC
,求的值.【解 析方法代码108001100】






6
1
3
PF
FC
用心 爱心 专心











22.(14分)如图,
M
、
N
、
P
分 别是正方体
ABCD
-
A
1
B
1
C
1D
1
的棱
AB
、
BC
、
DD
1
上的点.
(1)若=,求证:无论点
P
在
D
1
D
上如何移动,总有
BP
⊥
MN
;
(2)若
D
1
P
∶
PD
=1∶2,且
PB
⊥平面
B
1< br>MN
,求二面角
M
-
B
1
N
-
B< br>的余弦值;
(3)棱
DD
1
上是否总存在这样的点
P
,使得平面
APC
1
⊥平面
ACC
1
?证明你
的 结论.【解析方法代码108001101】














答案
一、选择题
1.B 在空间中,两条直线没有公共点,可能是两条直线平行,也可能是两条直 线异面,
两条直线平行则两条直线没有公共点,∴“两条直线没有公共点”是“这两条直线平行”的必要不充分条件.
7
BMBN
MANC
用心 爱心 专心


2.A ①两个平面有三个公共点,若这三个公共点共线,则这两个平面相交,故 ①不正
确;两异面直线不能确定一个平面,故②不正确;在空间交于一点的三条直线不一定共面(如墙角),故④不正确;据平面的性质可知③正确.
3.C 由几何体的三视图可得,此几何体是由 两个正四棱锥底面重合在一起组成的,由
主视图的面积为
31
,得菱形的边长为1,此 几何体的表面积为
S
=8××1×1=4.
22
4.A 设圆台的上、下底 面半径分别为
r
,
R
,截去的圆锥与原圆锥的高分别为
h
,
H
,
则=,
又π
R
=9·π
r
,∴R
=3
r
,
∴
H
=3
h
.
1
2
1
2
∴π
R
·
H
-π
rh
=52.
33
1
2
11
2
11
2
即π
R
·
H
-π·
R
·
H
=52,∴π
RH
=54.
33933
5.B 命题C即为三垂线定理;命题D中的原命 题即为线面平行的判定定理,所以D
正确;命题A显然成立;对于命题B,若
α
⊥β
,则
b
与
β
的位置关系
都有可能.
6.D 如图,连接
BD
交
AC
于
O
,连接
D
1< br>O
,由于
BB
1
∥
DD
1
,
∴< br>DD
1
与平面
ACD
1
所成的角就是
BB
1
与平面
ACD
1
所成的角,易知∠
DD
1
O
即为所求.
设正方体的棱长为1,则
DD
1
=1,
DO
=
∴cos∠
DD
1
O
=
26
,
D
1
O
=,
22
22
rh
RH
DD
1
26
==.
D
1
O
6
3
6
.
3
∴
BB
1
与平面
ACD
1
所成角的余弦值为
7.B
P
到平面
α
内的四边形的四条边的距离都相等,则
P
在平面
α
内的射影到四边
形的四条边的距离也都相等,故四边形有内切圆.
8.C 由平行 公理可知①正确;②不正确,若三条直线在同一平面内,则
a
∥
c
;③不正确,
a
与
b
有可能平行,也有可能异面或相交;由线面垂直的性质可知 ④正确.
9.B 由题意知,该三棱柱为正三棱柱,且侧棱与底面边长相等,均为
a
.
如图,设
O
、
O
1
分别为下、上底面中心,且球心
O
2
为
O
1
O
的中点,
又
AD
=
33
a
a
,
AO
=
a
,
OO
2
=,
232
用心 爱心 专心
8

设球的半径为
R
,则
R
=
AO
2

1
2
1
2
7
2
=
a
+
a
=
a
.
3412
7
2
7
22
∴
S
球
=4π
R
=4π×
a
=π
a
.
123
10.A 四棱锥
R
-
PQMN
的底面积为
22
S
=
S
△
PQM
+
S
△
M NP

11
=
PQ
·
AC
+
MN
·
AC

22
1
=(
PQ
+
MN
)·
AC

2
1
=(1+3)×32=62.
2
321132
其高< br>h
=,
V
R
-
PQMN
=
Sh
=× 62×=6.
2332
11.D ∵
m
∥
α
,
m
∥
β
,
α
∩
β
=
l
,∴
m
∥
l
.
∵
AB
∥
l
,∴
AB
∥
m
.故A一定正确.
∵
AC
⊥
l
,< br>m
∥
l
,∴
AC
⊥
m
.从而B一定正确.
∵
A
∈
α
,
AB
∥
l
,
lα
,∴
B
∈
α
.
∴
AB
⃘
β
,
lβ
.∴
AB
∥
β
.故C也正确.
∵
AC
⊥
l
,当点
C
在平面
α
内时,
AC
⊥
β
成立,当点
C
不在平面
α
内时,
AC
⊥
β
不成
立.故D不一定成立.
12.B 本题为线面位置 关系的判定,注意对线面平行与垂直的判定定理与性质定理的
应用.①错,当两平面同时垂直于一个平面 时,这两个平面也可以平行,如正方体相对的两
个平面;②正确,不妨过直线
m
作一平 面与
α
,
β
同时相交,交线分别为
a
,
b
,由
α
∥
β
知
a
∥
b
,又
m∥
α
⇒
m
∥
a
,∴
m
∥
b< br>,又
m
⊄
β
,∴
m
∥
β
;③错,不 妨设该直线为正方体的两
对角线,其在底面的射影为正方形的两对角线,它们是互相垂直的,但正方体的 两对角线不
垂直;④错,以正方形两平行棱,或一条棱及与其相交的面对角线为例,可找到反例.
二、填空题
13.解析: 由三视图知该几何体是底面半径为1,高为3的圆锥.
13
2
因此,其体积
V
=π·1×3=π.
33
答案:
3
π
3
14.解析: 图①为空间四边形< br>D
′
OEF
在前面(或后面)上的投影.图②为空间四边形
D
′
OEF
在左面(或右面)上的投影.图③为空间四边形
D
′
OEF
在上面(或下面)上的投影.
用心 爱心 专心
9


答案: ①②③
15.解析: 设
AE
=x
,
BE
=6-
x
,
V
1
=
VAEA
1
-
DFD
1
,
V
2
=
VEBE
1
A
1
-
FCF
1
D
1
,
V
3
=
VB
1
E
1
B
-
C
1
F
1
C
,
且
V
1
∶V
2
∶
V
3
=1∶4∶1,
11
所以×(3
x
)×4∶(6-
x
)×3×4∶×(3
x
)×4=1∶4 ∶1,
22
解得
x
=
AE
=2,
∴
A
1
E
=
A
1
A
+
AE
=13,
∴
SA
1
EFD
1
=413.
答案: 413
16.解析: 取
CC
1
的中点
F
,连接
EF,
EF
交平面
BB
1
D
1
D
于点N
,且
EN
=
FN
,
所以
F
点是< br>E
点关于平面
BB
1
D
1
D
的对称点,
则
AM
+
ME
=
AM
+
MF
,
所以当
A
,
M
,
F
三点共线时,
AM+
MF
最小,即
AM
+
ME
最小,
此时
AM
+
MF
=
AF

=
22
CC
1

2
=.

AC
+

2

2

2
3
a
3
答案:
a

2
三、解答题
17.解析: (1)该几何体的直观图如图,

12
棱锥
P
-
ABC< br>,其中
PC
⊥面
ABC
,∠
ABC
=90°,△ABC
斜边
AC
上的高为 cm,
PC
=6 cm,
5
AC
=5 cm,
1112
3
∴
VP
-
ABC
=××5××6=12(cm).
325
(2)互相垂直的面分别有:
面
PAC
⊥面
ABC
,面
PBC
⊥面
ABC
,面
PBC
⊥面
P AB
.
18.解析: (1)证明:因为
AC
=
CB
,∠
ACB
=90°,
D
是
AB
的中点,
所以
CD
⊥
AB
,
用心 爱心 专心
10


又因为
ABC
-
A
1
B
1
C
1
是直三棱柱,所以
CD
⊥
AA
1
,
又∵
AB
∩
AA
1
=
A
,
∴
CD
⊥平面
ABB
1
A
1
.
(2)建立如图所示的空间直角坐标系,
∵
AC
=
CB
=
AA
1
=2,
∴
A
(2,0,0),
A
1
(2,0,2),
D
( 1,1,0),
C
(0,0,0),
C
1
(0,0,2).
显然平面
A
1
AC
的法向量为
m
=(0,1,0), < br>设平面
A
1
CD
的法向量为
n
=(
x
,
y
,
z
),
→


A
1< br>D
·
n
=0
则

→


A
1
C
·
n
=0

,


-
x
+
y
-2
z
=0
即

< br>
2
x
+2
z
=0

,
令
x
=1,则
n
=(1,-1,-1),
m
·< br>n
3
令
m
,
n
的夹角为
θ
,则co s
θ
==-,
|
m
||
n
|3
∴二面 角
D
-
A
1
C
-
A
的余弦值为
3
,其正切值为2.
3
9.6-8×2
r
19.解析: (1)由题意可知矩形的高即圆柱的母线长为=1.2-2
r
,
8
∴塑料片 面积
S
=π
r
+2π
r
(1.2-2
r
) =π
r
+2.4π
r
-4π
r
=-3π
r
+2.4π
r
=-
3π(
r
-0.8
r
).
∴当
r
=0.4时,
S
有最大值,约为1.51平方米.
(2)若灯笼底面半径为0.3米,则高为1.2-2×0.3=0.6(米).
制作灯笼的三视图如图.
2
2222

20.解析: 方法一:( 1)过点
M
作
ME
∥
AB
交
PA
于
E
点,连接
DE
.

用心 爱心 专心
11


要使
MN
∥平面
PAD
,则< br>MN
∥
ED
,
∴四边形
MNDE
为平行四边形,
∴
EM
綊
DN
.
11
又∵
EM
綊
AB
,而
AB
=
CD
,
22
11∴
DN
=
CD
,∴
DN
=.
42
(2)∵
MN
∥
ED
,
∴直线
MN
与平面
PAB
所成的角即为直线
ED
与平面
PAB
所成的角.
∵
PA
⊥面
ABCD
,∴
PA
⊥AD
,
而
AB
⊥
AD
,∴
DA
⊥面
PAB
,
∴∠
DEA
为直线
ED
与平面
PAB
所成的角.
由题设计算得
DE
=
∴sin∠
DEA
==
5,
2
AD
25
.
DE
5
方法二:过点M
作
ME
∥
AB
交
PA
于
E
点,连接
DE
.
要使
MN
∥平面
PAD
,则MN
∥
ED
,∴四边形
MNDE
为平行四边形.
以< br>AD
、
AB
、
AP
所在直线分别为
x
、y
、
z
轴,建立空间直角坐标系
A
—
xyz
, 如图所示.


11

则由题意得
A
(0,0, 0)、
B
(0,1,0)、
D
(1,0,0)、
C
(1,2 ,0)、
P
(0,0,1)、
M

0,,

、
22


N

1,,0

. < br>
→

1

→
1
(1)∵
DN< br>=

0,,0

,∴|
DN
|=.
2
2

(2)∵
PA
⊥面
ABCD
,∴
PA
⊥
AD
,
而
AB
⊥
AD
,∴DA
⊥面
PAB
.
1

→

又∵< br>NM
=

-1,0,

,
2

1
2
→
DA
=(-1,0,0),
NM
·
DA
→→
∴cos〈
NM
,
DA
〉=
→→
|
NM
|·|
DA
|
→→
用心 爱心 专心
12


=
1
5
=
25
5
,
2< br>·1
∴直线
MN
与平面
PAB
所成的角的正弦值为
2 5
5
.
21.解析: (1)由已知
V
1118
P
-
BGC
=
3
S
△
BCG
·
PG
=
3
·
2
BG
·
CG
·
PG
=
3
,∴
PG
=4,
如图所示,以
G
点为原点建立 空间直角坐标系
O
-
xyz
,
则
B
(2,0,0),
C
(0,2,0),
P
(0,0,4),
故
E
(1,1,0),
→
GE
=(1,1,0),
→
PC
=(0,2,-4),
→
cos〈
→
GE
,
→
PC
〉=
GE
·
→
PC
|< br>G
→
E
|·|
P
→

C
|
=
2
2×20
=
10
10
,
∴异面直线
GE
与
PC
所成的角的余弦值为
10
1 0
.
(2)平面
PBG
的单位法向量
n
0
=(0,±1,0),
∵
→
GD
=
3
4
A
→
D
=
3
→
4
BC
,
B
(2,0,0),
C
(0,2,0),
∴
→
G D
=



-
3
2
,
3
2
,0



,
∴点
D
到平面
PBG
的距离为|
→
GD
·
n
3
0
|=< br>2
.
(3)设
F
(0,
y
,
z
) ,则
→
DF
=
→
OF
-
→
OD
= (0,
y
,
z
)-


33

-
2
,
2
,0




=


3

2
,
y
-
3
2
,
z


→

,
GC
=(0,2,0).
∵
→
DF
⊥
→
GC
,∴
→
DF< br>·
→
GC
=0,
∴


3
2
,
y
-
3
2
,
z


·(0,2,0)
=2


3

y
-
2



=0,
用心 爱心 专心
13


3
∴
y
=.
2
31
在平面
PGC
内过
F
点作
FM
⊥
GC,
M
为垂足,则
GM
=,
MC
=,
22
∴==3.
22.解析: (1)证明:连接
AC
、
BD
,则
BD
⊥
AC
,
∵=,
∴
MN
∥
AC
,∴
BD
⊥
MN
.
又∵
DD
1
⊥平面
ABCD
,
∴
DD
1
⊥
MN
,
∵
BD
∩
DD
1
=
D
,
∴
MN
⊥平面
BDD
1
.
又
P
无论在
DD
1
上如何移动,总有
BP
⊂平面
BDD
1
,
∴无论点
P
在
D
1
D
上如何移动, 总有
BP
⊥
MN
.
(2)以
D
为坐标原点,DA
、
DC
、
DD
1
所在直线分别为
x
轴,
y
轴,
z
轴,建立如图所示的
坐标系.
设正方体的棱长为1,
AM
=
NC
=
t
,
2
则
M
(1,
t,
0),
N
(
t,1,0),
B
1
(1,1,1),
P
(0,0,),
3
PFGM
FCMC
BMBN
MANC
B
(1,1,0),
A
(1,0,0),
→
∵
MB
1
=(0,1-
t,
1),
2

→

BP
=

-1,-1,.



3

又∵
BP
⊥平面
MNB
1,
→
→
∴
MB
1
·
BP
=0,
21
即
t
-1+=0,∴
t
=,
33
→

2

∴
MB
1
=

0,,1< br>
,

3

→

22

MN
=

-,,0

.

33

设平面
MNB
1
的法向量
n
=(
x
,
y
,
z
),
用心 爱心 专心
14



由


MB
→
1
·
n
=0



M
→
N
·
n
=0

,
得
x
=
y
,
z
=-
2
3
y
.
令
y
=3,则
n
=(3,3,-2).
∵
AB
⊥平面
BB
1
N
,
∴
A
→
B
是平面
BB
1
N
的一个法向量,
A
→
B
=(0,1,0).
设二面角
M
-
B
1
N
-
B
的大小为
θ
,
∴cos〈
n
,
A
→
B
〉
=
|3,3,-2·0,1,0|
22

=
322
22
.
则二面角
M
-
B
322
1
N
-
B
的余弦值为
22
.
(3)存在点
P
,且
P
为
DD
1
的中点,
使得平面
APC
1
⊥平面
ACC
1
.
证 明:∵
BD
⊥
AC
,
BD
⊥
CC
1
,
∴
BD
⊥平面
ACC
1
.
取
BD
1
的中点
E
,连接
PE
,
则
PE
∥
BD
,
∴
PE
⊥平面
ACC
1
.
∵
PE
⊂平面
APC
1
,
∴平面
APC
1
⊥平面
ACC
1
.
用心 爱心专心


15

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