人教版高中数学必修全册教案

人教版高中数学必修全册教案 按住Ctrl键单击鼠标打开教学视频动画全册播放人教版数学必修二第一章空间几何体重难点解析第一章课文目录11空间几何体的结构12空间几何体的三视图和直观图13空间几何体的表面积与体积重难点 1、让学生感受大量空间实物及模型、概括出柱、锥、台、球的结构特征。 2、画出简单组合体的三视图。 3、用斜二测画法画空间几何值的直观图。 4、柱体、锥体、台体的表面积和体积计算，台体体积公式的推导。 5、了解推导球的体积和面积公式所运用的基本思想方法。 知识结构表面积体积度量空间几何体柱体球体锥体台体中心投影平行投影棱柱圆柱棱锥圆锥棱台圆台三视图直观图 一、空间几何体的结构、三视图和直观图11柱、锥、台、球的结构特征 （11）柱棱柱一般的，有两个面互相平行，其余各面都是四边形，并且每相邻两个四边形的公共边都互相平行，由这些面所围成的几何体叫做棱柱；棱柱中两个互相平行的面叫做棱柱的底面，简称为底；其余各面叫做棱柱的侧面；相邻侧面的公共边叫做棱柱的侧棱；侧面与底面的公共顶点叫做棱柱的顶点。 底面是三角形、四边形、五边形的棱柱分别叫做三棱柱、四棱柱、五棱柱圆柱以矩形的一边所在的直线为旋转轴，其余边旋转形成的曲面所围成的几何体叫做圆柱；旋转轴叫做圆柱的轴；垂直于轴的边旋转而成的曲面叫做圆柱的侧面；无论旋转到什么位置，不垂直于轴的边都叫做圆柱侧面的母线。 棱柱与圆柱统称为柱体； （22）锥棱锥一般的有一个面是多边形，其余各面都是有一个公共顶点的三角形，由这些面所围成的几何体叫做棱锥；这个多边形面叫做棱锥的底面或底；有公共顶点的各个三角形面叫做棱锥的侧面；各侧面的公共顶点叫做棱锥的顶点；相邻侧面的公共边叫做棱锥的侧棱。 底面是三角锥、四边锥、五边锥的棱柱分别叫做三棱锥、四棱锥、五棱锥圆锥以直角三角形的一条直角边所在的直线为旋转轴，其余两边旋转形成的曲面所围成的几何体叫做圆锥；旋转轴为圆锥的轴；垂直于轴的边旋转形成的面叫做圆锥的底面；斜边旋转形成的曲面叫做圆锥的侧面。 棱锥与圆锥统称为锥体。 （33）台棱台用一个平行于底面的平面去截棱锥，底面和截面之间的部分叫做棱台；原棱锥的底面和截面分别叫做棱台的下底面和上底面；棱台也有侧面、侧棱、顶点。 圆台用一个平行于底面的平面去截圆锥，底面和截面之间的部分叫做圆台；原圆锥的底面和截面分别叫做圆台的下底面和上底面；圆台也有侧面、母线、轴。 圆台和棱台统称为台体。 （44）球以半圆的直径所在的直线为旋转轴，半圆面旋转一周形成的几何体叫做球体，简称为球；半圆的圆心叫做球的球心，半圆的半径叫做球的半径，半圆的直径叫做球的直径。 （55）组合体由柱、锥、台、球等几何体组成的复杂的几何体叫组合体。 几种常凸多面体间的关系一些特殊棱柱、棱锥、棱台的概念和主要性质名称棱柱直棱柱正棱柱图形定义有两个面互相平行，而其余每相邻两个面的交线都互相平行的多面体侧棱垂直于底面的棱柱底面是正多边形的直棱柱侧棱平行且相等平行且相等平行且相等侧面的形状平行四边形矩形全等的矩形对角面的形状平行四边形矩形矩形平行于底面的截面的形状与底面全等的多边形与底面全等的多边形与底面全等的正多边形名称棱锥正棱锥棱台正棱台图形定义有一个面是多边形，其余各面是有一个公共顶点的三角形的多面体底面是正多边形，且顶点在底面的射影是底面的射影是底面和截面之间的部分用一个平行于棱锥底面的平面去截棱锥，底面和截面之间的部分由正棱锥截得的棱台侧棱相交于一点但不一定相等相交于一点且相等延长线交于一点相等且延长线交于一点侧面的形状三角形全等的等腰三角形梯形全等的等腰梯形对角面的形状三角形等腰三角形梯形等腰梯形平行于底的截面形状与底面相似的多边形与底面相似的正多边形与底面相似的多边形与底面相似的正多边形其他性质高过底面中心；侧棱与底面、侧面与底面、相邻两侧面所成角都相等两底中心连线即高；侧棱与底面、侧面与底面、相邻两侧面所成角都相等几种特殊四棱柱的特殊性质名称特殊性质平行六面体底面和侧面都是平行四边行；四条对角线交于一点，且被该点平分直平行六面体侧棱垂直于底面，各侧面都是矩形；四条对角线交于一点，且被该点平分长方体底面和侧面都是矩形；四条对角线相等，交于一点，且被该点平分正方体棱长都相等，各面都是正方形四条对角线相等，交于一点，且被该点平分22空间几何体的三视图三视图是观测者从不同位置观察同一个几何体，画出的空间几何体的图形。 他具体包括 （1）正视图物体前后方向投影所得到的投影图；它能反映物体的高度和长度； （2）侧视图物体左右方向投影所得到的投影图；它能反映物体的高度和宽度； （3）俯视图物体上下方向投影所得到的投影图；它能反映物体的长度和宽度；三视图画法规则高平齐主视图与左视图的高要保持平齐长对正主视图与俯视图的长应对正宽相等俯视图与左视图的宽度应相等33空间几何体的直观图 （11）斜二测画法建立直角坐标系，在已知水平放置的平面图形中取互相垂直的OX，OY，建立直角坐标系；画出斜坐标系，在画直观图的纸上（平面上）画出对应的OX,OY,使X OY?=450（或1350），它们确定的平面表示水平平面；画对应图形，在已知图形平行于X轴的线段，在直观图中画成平行于X轴，且长度保持不变；在已知图形平行于Y轴的线段，在直观图中画成平行于Y轴，且长度变为原来的一半；擦去辅助线，图画好后，要擦去X轴、Y轴及为画图添加的辅助线（虚线）。 （22）平行投影与中心投影平行投影的投影线是互相平行的，中心投影的投影线相交于一点。 注意画水平放置的多边形的直观图的关键是确定多边形顶点的位置，因为多边形顶点的位置一旦确定，依次连结这些顶点就可画出多边形来，因此平面多边形水平放置时，直观图的画法可以归结为确定点的位置的画法。 强调斜二测画法的步骤。 例题讲解例例1将正三棱柱截去三个角（如图1所示A B C，分别是GHI三边的中点）得到几何体如图2，则该几何体按图2所示方向的侧视图（或称左视图）为（）E F D IA HG B C E FDA BC侧视图1图2B EAB EBB ECB ED例例22在正方体ABCD?A1B1C1D1中，E，F分别为棱AA1，CC1的中点，则在空间中与三条直线A1D1，EF，CD都相交的直线（）A不存在B有且只有两条C有且只有三条D有无数条例例33正方体ABCD_A1B1C1D1的棱长为2，点M是BC的中点，点P是平面ABCD内的一个动点，且满足PM=2，P到直线A1D1的距离为5，则点P的轨迹是（）A.圆B.双曲线C.两个点D.直线解析点P到A1D1的距离为5，则点P到AD的距离为1，满足此条件的P的轨迹是到直线AD的距离为1的两条平行直线，又2PM?，?满足此条件的P的轨迹是以M为圆心，半径为2的圆，这两种轨迹只有两个交点.故点P的轨迹是两个点。 选项为C。 点评该题考察空间内平面轨迹的形成过程，考察了空间想象能力。 例例44两相同的正四棱锥组成如图1所示的几何体，可放棱长为1的正方体内，使正四棱锥的底面ABCD与正方体的某一个平面平行，且各顶点均在正方体的面上，则这样的几何体体积的可能值有（）A1个B2个C3个D无穷多个解析由于两个正四棱锥相同，所以所求几何体的中心在正四棱锥底面正方形ABCD中心，有对称性知正四棱锥的高为正方体棱长的一半，影响几何体体积的只能是正四棱锥底面正方形ABCD的面积，问题转化为边长为1的正方形的内接正方形有多少种，所以选D。 点评本题主要考查空间想象能力，以及正四棱锥的体积。 正方体是大家熟悉的几何体，它的一些内接或外接图形需要一定的空间想象能力，要学会将空间问题向平面问题转化。 题型2空间几何体的定义例例55长方体1111ABCD ABC D?的8个顶点在同一个球面上，且AB=2，AD=3，11?AA，则顶点A、B间的球面距离是()A42?B22?C?2D2?2解析11222,BD ACR?2,R?设11,BD ACO?则2,OA OBR?,2AOB?2,2l R?故选.点评抓住本质的东西来进行判断，对于信息要进行加工再利用。 C1D1B1A1ODCBA例例66已知直线m,n和平面?,满足?,a mn m,则().A n?,/.?n B或?n?n C.,/.?n D或?n解析易知D正确.点评对于空间几何体的定义要有深刻的认识，掌握它们并能判断它们的性质。 题型3空间几何体中的想象能力例例77如图所示，四棱锥P ABCD?的底面ABCD是边长为1的菱形，060?BCD，E是CD的中点，PA?底面ABCD，3?PA。 （I）证明平面PBE?平面PAB；（II）求二面角ABEP和的大小。 解析解法一（I）如图所示,连结,BD由ABCD是菱形且060?BCD知，BCD是等边三角形.因为E是CD的中点，所以,BE CD又,AB CD/所以,BE AB又因为PA?平面ABCD，BE?平面ABCD，所以,BE PA而,AB A?PA因此BE平面PAB.又BE?平面PBE，所以平面PBE?平面PAB.（II）由（I）知，BE平面PAB,PB?平面PAB,所以.PB BE?又,BE AB所以PBA?是二面角A BE P?的平面角在Rt PAB中,tan3,60.PAPBA PBAAB?故二面角A BEP?的大小为60.解法二如图所示,以A为原点，建立空间直角坐标系则相关各点的坐标分别是 (000),A， (100),B，33 (0),22C，13 (0),22D， (003),P，3 (10).2E，（I）因为3(0,0),2BE?，平面PAB的一个法向量是0 (010),n?，所以BE和0n共线.PA BCED从而BE平面PAB.又因为BE?平面PBE，所以平面PBE?平面PAB.（II）易知3(10,3),(0,0),2PB BE?，设1n111()x yz?，是平面PBE的一个法向量,则由1100n PBnBE?，得11111103030002x yzx yz?，所以1113.y xz?=0，故可取1n (301).?，而平面ABE的一个法向量是2 (001).n?，于是,1212121cos,.2|n nn nnn?故二面角A BEP?的大小为60.点评解决此类题目的关键是将平面图形恢复成空间图形，较强的考察了空间想象能力。 例例88如图，在三棱锥P ABC?中，2AC BC?，90ACB?，AP BP AB?，PC AC?（）求证PC AB?；（）求二面角B APC?的大小解析解法一（）取AB中点D，连结PD CD，AP BP?，PD AB?AC BC?，CD AB?PD CDD?，AB?平面PCDPC?平面PCD，PC AB?（）AC BC?，AP BP?，APC BPC?又PC AC?，PC BC?又90ACB?，即AC BC?，且AC PCC?，BC?平面PAC取AP中点E连结BE CE，AB BP?，BE AP?EC是BE在平面PAC内的射影，CE AP?A C B P A C B DPA C BEPBEC?是二面角B APC?的平面角在BCE中，90BCE?，2BC?，362BE AB?，6sin3BCBECBE?二面角B APC?的大小为6arcsin3解法二（）AC BC?，AP BP?，APC BPC?又PC AC?，PC BC?AC BCC?，PC?平面ABCAB?平面ABC，PC AB?（）如图，以C为原点建立空间直角坐标系C xyz?则 (000) (020) (200)C A B，设 (00)P t，22PB AB?，2t?， (002)P，取AP中点E，连结BE CE，AC PC?，AB BP?，CE AP?，BE AP?BEC?是二面角B APC?的平面角 (011)E， (011)EC?， (211)EB?，23cos326EC EBBECECEB?二面角B APC?的大小为3aros3点评在画图过程中正确理解已知图形的关系是关键。 通过识图、想图、画图的角度考查了空间想象能力。 而对空间图形的处理能力是空间想象力深化的标志，是高考从深层上考查空AC B Pz xy E间想象能力的主要方向。 例例99画正五棱柱的直观图，使底面边长为3cm侧棱长为5cm。 解析先作底面正五边形的直观图，再沿平行于Z轴方向平移即可得。 作法 （1）画轴画X，Y，Z轴，使XOY=45（或135），XOZ=90。 （2）画底面按X轴，Y轴画正五边形的直观图ABCDE。 （3）画侧棱过A、B、C、D、E各点分别作Z轴的平行线，并在这些平行线上分别截取AA，BB，CC，DD，EE。 （4）成图顺次连结A，B，C，D，F，加以，去掉辅助线，改被遮挡的部分为虚线。 点评用此方法可以依次画出棱锥、棱柱、棱台等多面体的直观图。 例例10CBA?是正ABC的斜二测画法的水平放置图形的直观图，若CBA?的面积为3，那么ABC的面积为_。 解析62。 点评该题属于斜二测画法的应用，解题的关键在于建立实物图元素与直观图元素之间的对应关系。 特别底和高的对应关系。 例例11如图，在棱长为1的正方体ABCD ABCD?中，AP=BQ=b（0 解析解法一（）证明在正方体中，AD AD?，AD AB?，又由已知可得PF AD?，PHAD?， AB，所以PH PF?，PH ?，所以PH?平面EF所以平面EF和平面GH互相垂直（）证明由（）知22PF APPHPA?，又截面EF和截面GH都是矩形，且=1，所以截面EF和截面GH面积之和是A BC D E F P Q H A?B?C?D?G A BC D EFP QH A?B?C?D?G NM (22)2AP PA?，是定值（III）解连结BC交EQ于点M因为PHAD?， AB，所以平面ABCD?和平面GH互相平行，因此DE?与平面GH所成角与DE?与平面ABCD?所成角相等与（）同理可证EQ平面GH，可知EM平面ABCD?，因此EM与DE?的比值就是所求的正弦值设AD?交PF于点N，连结EN，由1FD b?知222 (1)2 (1)22D E b NDb?，因为AD?平面EF，又已知DE?与平面EF成45角，所以2DE ND?，即2222 (1) (1)222b b?，解得12b?，可知E为BC中点所以EM=24，又23 (1)22D Eb?，故DE?与平面CH所成角的正弦值为26EMD E?解法二以D为原点，射线DA，DC，DD分别为x，y，z轴的正半轴建立如图的空间直角坐标系Dxyz由已知得1DF b?，故 (100)A， (101)A?， (000)D， (001)D?， (10)P b， (11)Q b， (110)Eb?， (100)F b?， (11)G b， (01)H b，（）证明在所建立的坐标系中，可得 (010) (0) PF b b?， (101)PH bb?， (101) (101)AD A D?，因为00AD AD PF?，所以AD?是平面EF的法向量A BC D EFHA?B?C?D?y xz G因为00A DA D PH?，所以A D?是平面GH的法向量因为0AD AD?，所以AD AD?，所以平面EF和平面GH互相垂直（）证明因为 (010)EF?，所以EF EF ?，又PF ?，所以EF为矩形，同理GH为矩形在所建立的坐标系中可求得2 (1)PH b?，2PFb?，所以2PH PF?，又1?，所以截面EF和截面GH面积之和为2，是定值（）解由已知得D E?与AD?成45角，又 (111) (101)D Eb AD?，可得22222 (1)2DE ADbDE ADb?，即221 (1)2bb?，解得12b?所以1112DE?，又 (101)AD?，所以DE?与平面GH所成角的正弦值为1122|cos|3622DEAD?，点评考查知识立足课本，对空间想象能力、分析问题的能力、操作能力和思维的灵活性等方面要求较高，体现了加强能力考查的方向。 例例12多面体上，位于同一条棱两端的顶点称为相邻的，如图，正方体的一个顶点A在平面?内，其余顶点在?的同侧，正方体上与顶点A相邻的三个顶点到?的距离分别为1，2和4，P是正方体的其余四个顶点中的一个，则P到平面?的距离可能是3；4；5；6；7以上结论正确的为_（写出所有正确结论的编号）解析如图，B、D、A1到平面?的距离分别为 1、 2、4，则D、A1的中点到平面?的距离为3，所以D1到平面?的距离为6；B、A1的中点到平面?的距离为52，所以B1到平面?的距离为5；则D、B的中点到平面?的距离为32，所以C到平面?的距离为3；C、A BC DA1B1C1D1?A1的中点到平面?的距离为72，所以C1到平面?的距离为7；而P为C、C 1、B 1、D1中的一点，所以选。 点评该题将计算蕴涵于射影知识中，属于难得的综合题目。 例例13 （1）画出下列几何体的三视图解析这二个几何体的三视图如下 （2）如图，设所给的方向为物体的正前方，试画出它的三视图（单位cm）点评画三视图之前，应把几何体的结构弄清楚，选择一个合适的主视方向。 一般先画主视图，其次画俯视图，最后画左视图。 画的时候把轮廓线要画出来，被遮住的轮廓线要画成虚线。 物体上每一组成部分的三视图都应符合三条投射规律。 例例14某物体的三视图如下，试判断该几何体的形状解析该几何体为一个正四棱锥分析三视图是从三个不同的方向看同一物体得到的三个视图。 点评主视图反映物体的主要形状特征，主要体现物体的长和高，不反映物体的宽。 而俯视图和主视图共同反映物体的长要相等。 左视图和俯视图共同反映物体的宽要相等。 据此就不难得出该几何体的形状。 （ 二、空间几何体的表面积和体积11多面体的面积和体积公式名称侧面积(S侧)全面积(S全)体积(V)棱柱棱柱直截面周长l S侧+2S底S底h=S直截面h直棱柱ch S底h棱锥棱锥各侧面积之和S侧+S底31S底h正棱锥21ch棱台棱台各侧面面积之和S侧+S上底+S下底31h(S上底+S下底+下底下底S S?)正棱台21(c+c)h表中S表示面积，c、c分别表示上、下底面周长，h表斜高，h表示斜高，l表示侧棱长。 2旋转体的面积和体积公式名称圆柱圆锥圆台球S侧2rlrl(r1+r2)l S全2r(l+r)r(l+r)(r1+r2)l+(r21+r22)4R2Vr2h(即r2l)31r2h31h(r21+r1r2+r22)34R3表中l、h分别表示母线、高，r表示圆柱、圆锥与球冠的底半径，r 1、r2分别表示圆台上、下底面半径，R表示半径。 33探究柱、锥、台的体积公式 1、棱柱（圆柱）可由多边形（圆）沿某一方向平移得到，因此，两个底面积相等、高也相等的棱柱（圆柱）应该具有相等的体积柱体（棱柱、圆柱）的体积等于它的底面积S和高h的积，即V Sh?柱体 2、类似于柱体，底面积相等、高也相等的两个锥体，它们的体积也相等棱锥的体积公式可把一个棱柱分成三个全等的棱锥得到，由于底面积为S，高为h的棱柱的体积V Sh?棱锥，所以13V Sh?锥体 3、台体（棱台、圆台）的体积可以转化为锥体的体积来计算如果台体的上、下底面面积分别为S S?，高为h，可以推得它的体积是1()3V hS SS S?台体 4、柱体、锥体、台体的体积公式之间关系如下11()() (0)33V ShS SV hS SS S SV Sh?柱体台体锥体44探究球的体积与面积公式1球的体积 （1）比较半球的体积与其等底等高的旋转体的体积结论半球圆锥圆柱V V V? （2）利用“倒沙实验”，探索底面半径和高都为球半径的圆柱、圆锥与半球三者体积之间的关系（课件演示）结论 （3）得到半径是的球的体积公式结论2球的表面积由于球的表面是曲面,不是平面,所以球的表面积无法利用展开图来求.该如何求球的表面积公式?是否也可借助分割思想来推导呢?（课件演示）图1 （1）若将球表面平均分割成n个小块,则每小块表面可近似看作一个平面,这n小块平面面积之和可近似看作球的表面积.当n趋近于无穷大时,这n小块平面面积之和接近于甚至等于球的表面积. （2）若每小块表面看作一个平面,将每小块平面作为底面,球心作为顶点便得到n个棱锥,这些棱锥体积之和近似为球的体积.当n越大,越接近于球的体积,当n趋近于无穷大时就精确到等于球的体积. （3）半径为R的球的表面积公式结论例题讲解例例1一个长方体全面积是20cm2，所有棱长的和是24cm，求长方体的对角线长.解析设长方体的长、宽、高、对角线长分别为xcm、ycm、zcm、lcm依题意得?24) (420)(2z yxzx yzxy)2()1(由 （2）2得x2+y2+z2+2xy+2yz+2xz=36 （3）由 （3） （1）得x2+y2+z2=16即l2=16所以l=4(cm)。 点评涉及棱柱面积问题的题目多以直棱柱为主，而直棱柱中又以正方体、长方体的表面积多被考察。 我们平常的学习中要多建立一些重要的几何要素（对角线、内切）与面积、体积之间的关系。 例例2如图1所示，在平行六面体ABCDA1B1C1D1中，已知AB=5，AD=4，AA1=3，ABO O OOiS?iV?332231221R R R R R V VV?圆锥圆柱球334R V?球24R S?球AD，A1AB=A1AD=3?。 （1）求证顶点A1在底面ABCD上的射影O在BAD的平分线上； （2）求这个平行六面体的体积。 图1图2解析 （1）如图2，连结A1O，则A1O底面ABCD。 作OMAB交AB于M，作ONAD交AD于N，连结A1M，A1N。 由三垂线定得得A1MAB，A1NAD。 A1AM=A1AN，RtA1NARtA1MA,A1M=A1N，从而OM=ON。 点O在BAD的平分线上。 （2）AM=AA1cos3?=321=23AO=4cos?AM=223。 又在RtAOA1中，A1O2=AA12AO2=929=29，A1O=223，平行六面体的体积为22345?V230?。 例例3一个长方体共一顶点的三个面的面积分别是6,3,2，这个长方体对角线的长是（）A23B32C6D6解析设长方体共一顶点的三边长分别为a=1，b2，c3，则对角线l的长为l=6222?c ba；答案D。 点评解题思路是将三个面的面积转化为解棱柱面积、体积的几何要素棱长。 例例4如图，三棱柱ABCA1B1C1中，若E、F分别为AB、AC的中点，平面EB1C1将三棱柱分成体积为V 1、V2的两部分，那么V1V2=_。 解析设三棱柱的高为h，上下底的面积为S，体积为V，则V=V1+V2Sh。 E、F分别为AB、AC的中点，SAEF=41S,V1=31h(S+41S+41?S)=127Sh V2=Sh-V1=125Sh，V1V2=75。 点评解题的关键是棱柱、棱台间的转化关系，建立起求解体积的几何元素之间的对应关系。 最后用统一的量建立比值得到结论即可。 题型3锥体的体积和表面积例例5（xx上海，19）在四棱锥PABCD中，底面是边长为2的菱形，DAB60?，对角线AC与BD相交于点O，PO平面ABCD，PB与平面ABCD所成的角为60?，求四棱锥PABCD的体积？解析 （1）在四棱锥P-ABCD中，由PO平面ABCD,得PBO是PB与平面ABCD所成的角，PBO=60。 在RtAOB中BO=ABsin30=1,由POBO，于是PO=BOtan60=3，而底面菱形的面积为23。 四棱锥PABCD的体积V=31233=2。 点评本小题重点考查线面垂直、面面垂直、二面角及其平面角、棱锥的体积。 在能力方面主要考查空间想象能力。 例例6（xx京皖春文，19）在三棱锥SABC中，SAB=SAC=ACB=90，且AC=BC=5，SB=55。 （如图所示）（）证明SCBC；（）求侧面SBC与底面ABC所成二面角的大小；（）求三棱锥的体积V SABC。 解析（）证明SAB=SAC=90，SAAB，SAAC。 又ABAC=A，SA平面ABC。 由于ACB=90，即BCAC，由三垂线定理，得SCBC。 （）BCAC，SCBC。 SCA是侧面SCB与底面ABC所成二面角的平面角。 在RtSCB中，BC=5，SB=55，得SC=22BC SB?=10。 在RtSAC中AC=5，SC=10，cosSCA=21105?SCAC，图PA BCD OESCA=60，即侧面SBC与底面ABC所成的二面角的大小为60。 （）解在RtSAC中，SA=755102222?AC SC，SABC=21ACBC=2155=225，V SABC=31SACBSA=631257522531?。 点评本题比较全面地考查了空间点、线、面的位置关系。 要求对图形必须具备一定的洞察力，并进行一定的逻辑推理。 题型4锥体体积、表面积综合问题例例7ABCD是边长为4的正方形，E、F分别是AB、AD的中点，GB垂直于正方形ABCD所在的平面，且GC2，求点B到平面EFC的距离？解析如图，取EF的中点O，连接GB、GO、CD、FB构造三棱锥BEFG。 设点B到平面EFG的距离为h，BD42，EF?22，CO344232?。 GO COGC?222232218422()。 而GC平面ABCD，且GC2。 由V VBEFG GEFB?，得16EF GOh?13SEFB点评该问题主要的求解思路是将点面的距离问题转化为体积问题来求解。 构造以点B为顶点，EFG为底面的三棱锥是解此题的关键，利用同一个三棱锥的体积的唯一性列方程是解这类题的方法，从而简化了运算。 例例8（xx江西理，12）如图，在四面体ABCD中，截面AEF经过四面体的内切球（与四个面都相切的球）球心O，且与BC，DC分别截于E、F，如果截面将四面体分成体积相等的两部分，设四棱锥ABEFD与三棱锥AEFC的表面积分别是S1，S2，则必有（）AS1?S2BS1?S2CS1=S2DS1，S2的大小关系不能确定解析连OA、OB、OC、OD，则V ABEFDV OABDV OABEV OBEFD V AEFCV OADCV OAECV OEFC又V ABEFDVAEFC，DBAOCEF而每个三棱锥的高都是原四面体的内切球的半径，故S ABDS ABES BEFDS ADCS AECS EFC又面AEF公共，故选C点评该题通过复合平面图形的分割过程，增加了题目处理的难度，求解棱锥的体积、表面积首先要转化好平面图形与空间几何体之间元素间的对应关系。 例例9（xx北京理，18）如图924，在多面体ABCDA1B1C1D1中，上、下底面平行且均为矩形，相对的侧面与同一底面所成的二面角大小相等，侧棱延长后相交于E，F两点，上、下底面矩形的长、宽分别为c，d与a，b，且ac，bd，两底面间的距离为h。 （）求侧面ABB1A1与底面ABCD所成二面角的大小；（）证明EF面ABCD；（）在估测该多面体的体积时，经常运用近似公式V估=S中截面h来计算.已知它的体积公式是V=6h（S上底面+4S中截面+S下底面），试判断V估与V的大小关系，并加以证明。 （注与两个底面平行，且到两个底面距离相等的截面称为该多面体的中截面）（）解过B1C1作底面ABCD的垂直平面，交底面于，过B1作B1G，垂足为G。 如图所示平面ABCD平面A1B1C1D1，A1B1C1=90，AB，ABB1P.B1PG为所求二面角的平面角.过C1作C1H，垂足为H.由于相对侧面与底面所成二面角的大小相等，故四边形B1C1为等腰梯形。 PG=21（bd），又B1G=h，tanB1PG=d bh?2（bd），B1PG=arctand bh?2，即所求二面角的大小为arctand bh?2.（）证明AB，CD是矩形ABCD的一组对边，有ABCD，又CD是面ABCD与面CDEF的交线，AB面CDEF。 EF是面ABFE与面CDEF的交线，ABEF。 AB是平面ABCD内的一条直线，EF在平面ABCD外，EF面ABCD。 （）V估V。 证明ac，bd，VV估=hd bc ad bc aabcdh22)224(6?=12h2cd+2ab+2（a+c）（b+d）3（a+c）（b+d）=12h（ac）（bd）0。 图V估V。 点评该题背景较新颖，把求二面角的大小与证明线、面平行这一常规运算置于非规则几何体（拟柱体）中，能考查考生的应变能力和适应能力，而第三步研究拟柱体的近似计算公式与可精确计算体积的辛普生公式之间计算误差的问题，是极具实际意义的问题。 考查了考生继续学习的潜能。 例例10 （1）（1998全国，9）如果棱台的两底面积分别是S、S，中截面的面积是S0，那么（）AS S S?02BSSS?0C2S0SSDS022SS （2）（1994全国，7）已知正六棱台的上、下底面边长分别为2和4，高为2，则其体积为（）A323B283C243D203解析 （1）解析设该棱台为正棱台来解即可，答案为A； （2）正六棱台上下底面面积分别为S上6432263，S下64342243，V台328)(31?下下上上SSSSh，答案B。 点评本题考查棱台的中截面问题。 根据选择题的特点本题选用“特例法”来解，此种解法在解选择题时很普遍，如选用特殊值、特殊点、特殊曲线、特殊图形等等。 题型6圆柱的体积、表面积及其综合问题例例11（2000全国理，9）一个圆柱的侧面积展开图是一个正方形，这个圆柱的全面积与侧面积的比是（）A?221?B?441?C?21?D?241?解析设圆柱的底面半径为r，高为h，则由题设知h=2r.S全=2r2+（2r）2=2r2（1+2）.S侧=h2=42r2，?221?侧全SS。 答案为A。 点评本题考查圆柱的侧面展开图、侧面积和全面积等知识。 例例12（xx京春理13，文14）如图99，一个底面半径为R的圆柱形量杯中装有适量的水.若放入一个半径为r的实心铁球，水面高度恰好升高r，则rR=。 解析水面高度升高r，则圆柱体积增加R2r。 恰好是半径为r的实心铁球的体积，因此有34r3=R2r。 故332?rR。 答案为332。 点评本题主要考查旋转体的基础知识以及计算能力和分析、解决问题的能力。 例例13 （1）（xx京皖春，7）在ABC中，AB=2，BC=1.5，ABC=120（如图所示），若将ABC绕直线BC旋转一周，则所形成的旋转体的体积是（）A29B27C25D23 （2）（xx全国文，3）若一个圆锥的轴截面是等边三角形，其面积为3，则这个圆锥的全面积是（）A3B33C6D9解析 （1）如图所示，该旋转体的体积为圆锥CADE与圆锥BADE体积之差，又求得AB=1。 23133125331?ADE BADE CVVV，答案D。 （2）S21absin，21a2sin603，a24，a2，a=2r，r1，S全2rr223，答案A。 点评通过识图、想图、画图的角度考查了空间想象能力。 而对空间图形的处理能力是空间想象力深化的标志，是高考从深层上考查空间想象能力的主要方向。 例例14（2000全国文，12）如图所示，OA是圆锥底面中心O到母线的垂线，OA绕轴旋转一周所得曲面将圆锥分成相等的两部分，则母线与轴的夹角的余弦值为（）A321B21C21D421解析如图所示，由题意知，31r2h61R2h，r2R又ABOCAO，ROAOAr?，OA2rR422,2ROAR?，cos421?ROA，答案为D。 点评本题重点考查柱体、锥体的体积公式及灵活的运算能力。 图图例例15已知过球面上,A BC三点的截面和球心的距离为球半径的一半，且2AB BCCA?，求球的表面积。 解析设截面圆心为O?，连结OA?，设球半径为R，则23232323O A?，在Rt OOA?中，222OA OAOO?，222231()34R R?，43R?，26449S R?。 点评正确应用球的表面积公式，建立平面圆与球的半径之间的关系。 例例16如图所示，球面上有四个点P、A、B、C，如果PA，PB，PC两两互相垂直，且PA=PB=PC=a，求这个球的表面积。 解析如图，设过A、B、C三点的球的截面圆半径为r，圆心为O，球心到该圆面的距离为d。 在三棱锥PABC中，PA，PB，PC两两互相垂直，且PA=PB=PC=a,AB=BC=CA=2a,且P在ABC内的射影即是ABC的中心O。 由正弦定理，得?60sin2a=2r,r=36a。 又根据球的截面的性质，有OO平面ABC，而PO平面ABC，P、O、O共线，球的半径R=22d r?。 又PO=22r PA?=2232a a?=33a，OO=R33a=d=22r R?,(R33a)2=R2(36a)2，解得R=23a,S球=4R2=3a2。 点评本题也可用补形法求解。 将PABC补成一个正方体，由对称性可知，正方体内接于球，则球的直径就是正方体的对角线，易得球半径R=23a,下略。 例例17（xx四川文，10）如图，正四棱锥P ABCD?底面的四个顶点,A BCD在球O的同一个大圆上，点P在球面上，如果163P ABCDV?，则球O的表面积是（）A4?B8?C12?D16? （2）半球内有一个内接正方体，正方体的一个面在半球的底面圆内，若正方体棱长为6，求球的表面积和体积。 解析 （1）如图，正四棱锥P ABCD?底面的四个顶点,A BCD在球O的同一个大圆上，点P在球面上，PO底面ABCD，PO=R，22ABCDS R?，163P ABCDV?，所以2116233RR?，R=2，球O的表面积是16?，选D。 （2）作轴截面如图所示，6CC?，2623AC?，设球半径为R，则222R OCCC?22 (6) (3)9?3R?，2436S R?球，34363V R?球。 点评本题重点考查球截面的性质以及球面积公式，解题的关键是将多面体的几何要素转化成球的几何要素。 例例18 （1）表面积为324?的球，其内接正四棱柱的高是14，求这个正四棱柱的表面积。 （2）正四面体ABCD的棱长为a，球O是内切球，球O1是与正四面体的三个面和球O都相切的一个小球，求球O1的体积。 解析 （1）设球半径为R，正四棱柱底面边长为a，则作轴截面如图，14AA?，2AC a?，又24324R?，9R?，2282AC ACCC?，8a?，6423214576S?表奎屯王新敞 （2）如图，设球O半径为R，球O1的半径为r，E为CD中点，球O与平面ACD、BCD切于点F、G，球O1与平面ACD切于点H奎屯王新敞奎屯王新敞由题设a GEAE AG3622?奎屯王新敞AOFAEGaR aaR233663?，得a R126?奎屯王新敞AO1HAOFRrR ar R a?36236，得a r246?奎屯王新敞3331728624634341a ar VO?球奎屯王新敞点评正四面体的内切球与各面的切点是面的中心，球心到各面的距离相等。 例例19 （1）我国首都靠近北纬40纬线，求北纬40纬线的长度等于多少km？（地球半径大约为6370km） （2）在半径为13cm的球面上有,A BC三点，12AB BCAC cm?，求球心到经过这三点的截面的距离。 解析 （1）如图，A是北纬40上一点，AK是它的半径，OK AK?，设C是北纬40的纬线长，40AOB OAK?，22cos2cos40C AKOA OAKOA?423.1463700.76603.06610()km?答北纬40纬线长约等于43.06610km? （2）解设经过,A BC三点的截面为O?，设球心为O，连结OO?，则OO?平面ABC，32124323AO?，2211OO OAOA?，所以，球心到截面距离为11cm例例20在北纬45圈上有,A B两点，设该纬度圈上,A B两点的劣弧长为24R?（R为地球半径），求,AB两点间的球面距离。 解析设北纬45圈的半径为r，则24r R?，设O?为北纬45圈的圆心，?B AO，24rR?，2224RR?，2?，2AB rR?，ABC?中，3AOB?，所以，,AB两点的球面距离等于3R?点评要求两点的球面距离，必须先求出两点的直线距离，再求出这两点的球心角，进而求出这两点的球面距离。 第一章检测题1长方体ABCD-A1B1C1D1的AB=3，AD=2，CC1=1，一条绳子从A沿着表面拉到点C1，绳子的最短长度是（）A13+1B26C18D142若球的半径为R，则这个球的内接正方体的全面积等于（）A8R2B9R2C10R2D12R23边长为5cm的正方形EFGH是圆柱的轴截面,则从E点沿圆柱的侧面到相对顶点G的最短距离是（）A10cm B52cm C512?cm D2542?cm4球的大圆面积扩大为原大圆面积的4倍，则球的表面积扩大成原球面积的（）A2倍B4倍C