格物学 第八章 立体几何初步简单几何体的表面积与体积

球的表面积-简单几何体的表面积与体积知识点教师选题基础选择题自测题解析-天津市等高二数学必修,平均正确率62.0%

2025-05-19
球的表面积-简单几何体的表面积与体积知识点教师选题基础选择题自测题解析-天津市等高二数学必修,平均正确率62.0%
1、['与球有关的切、接问题', '二面角', '球的表面积']

正确率40.0%已知三棱锥$${{P}{−}{A}{B}{C}}$$中,底面$${{A}{B}{C}}$$是边长为$${{2}{\sqrt {3}}}$$的正三角形,点$${{P}}$$在底面上的射影为底面的中心,且三棱锥$${{P}{−}{A}{B}{C}}$$外接球的表面积为$${{1}{8}{π}{,}}$$球心在三棱锥$${{P}{−}{A}{B}{C}}$$内,则平面$${{A}{B}{P}}$$与平面$${{A}{B}{C}}$$夹角的余弦值为(

B

A.$$\frac{1} {2}$$

B.$$\frac{1} {3}$$

C.$$\frac{\sqrt2} {2}$$

D.$$\frac{\sqrt{3}} {3}$$

2、['棱锥的结构特征及其性质', '与球有关的切、接问题', '球的表面积']

正确率60.0%若三棱锥的三条侧棱两两垂直,且三条侧棱长分别为$${{1}}$$,$${\sqrt {2}}$$,$${\sqrt {3}}$$,则其外接球的表面积是(

C

A.$${\sqrt {6}{π}}$$

B.$${{2}{\sqrt {6}}{π}}$$

C.$${{6}{π}}$$

D.$${{3}{\sqrt {6}}{π}}$$

6、['棱锥的结构特征及其性质', '与球有关的切、接问题', '二面角', '球的表面积']

正确率40.0%在三棱锥$${{S}{−}{A}{B}{C}}$$中,$${{A}{B}{⊥}{B}{C}{,}{A}{B}{=}{B}{C}{=}{\sqrt {2}}{,}{S}{A}{=}{S}{C}{=}{2}}$$,二面角$${{S}{−}{A}{C}{−}{B}}$$的平面角的余弦值是$$- \frac{\sqrt3} {3}$$,若$${{S}{,}{A}{,}{B}{,}{C}}$$在同一球面上,则该球的表面积是(

A

A.$${{6}{π}}$$

B.$${{7}{π}}$$

C.$${{8}{π}}$$

D.$${{9}{π}}$$

7、['立体几何中的折叠问题', '球的表面积']

正确率40.0%在平面四边形$${{A}{B}{C}{D}}$$中,$${{A}{D}{=}{A}{B}{=}{2}}$$,$${{C}{D}{=}{C}{B}{=}{2}{\sqrt {2}}}$$,且$${{A}{D}{⊥}{A}{B}}$$,现将$${{△}{A}{B}{D}}$$沿着对角线$${{B}{D}}$$翻折成$${{△}{{A}^{′}}{B}{D}{,}}$$且使得$${{A}{^{′}}{C}{=}{2}}$$,则三棱锥$${{A}{^{′}}{−}{B}{C}{D}}$$的外接球表面积等于(

B

A.$${{1}{6}{π}}$$

B.$${{1}{2}{π}}$$

C.$${{4}{\sqrt {3}}{π}}$$

D.$${{3}{π}}$$

8、['圆柱、圆锥、圆台的侧面积与表面积', '球的表面积']

正确率60.0%已知一圆锥的底面直径与母线长相等,一球体与该圆锥的所有母线和底面都相切,则球与圆锥的表面积之比为(

B

A.$$\begin{array} {l l} {\frac{2} {3}} \\ \end{array}$$

B.$$\begin{array} {l l} {\frac{4} {9}} \\ \end{array}$$

C.$$\frac{2 \sqrt{6}} {9}$$

D.$$\frac{8} {2 7}$$

9、['空间等角定理', '空间中直线与直线的位置关系', '空间中直线与平面的位置关系', '空间中平面与平面的位置关系', '球的体积', '充分、必要条件的判定', '球的表面积']

正确率40.0%现给出如下命题:
$${{(}{1}{)}}$$若直线$${{l}}$$上有两个点到平面$${{α}}$$的距离相等,则直线$${{l}{/}{/}}$$平面$${{α}{;}}$$
$${{(}{2}{)}{“}}$$平面$${{β}}$$上有四个不共线的点到平面$${{α}}$$的距离相等$${{”}}$$的充要条件是$${{“}}$$平面$${{α}{/}{/}}$$平面$${{β}{”}{;}}$$
$${{(}{3}{)}}$$若一个球的表面积是$${{1}{0}{8}{π}}$$,则它的体积$$V_{\q\ast}=1 0 8 \sqrt{3} \pi$$;
$${{(}{4}{)}}$$在空间中,若角$${{α}}$$的两边分别与角$${{β}}$$的两边平行,则$${{α}{=}{β}{.}}$$
则其中正确命题的个数为

A

A.$${{1}}$$个

B.$${{2}}$$个

C.$${{3}}$$个

D.$${{4}}$$个

10、['棱锥的结构特征及其性质', '与球有关的切、接问题', '球的表面积']

正确率40.0%已知四面体$${{P}{−}{A}{B}{C}}$$,其中$${{△}{A}{B}{C}}$$是边长为$${{6}}$$的等边三角形,$${{P}{A}{⊥}}$$平面$${{A}{B}{C}{,}{P}{A}{=}{4}}$$,则四面体$${{P}{−}{A}{B}{C}}$$外接球的表面积为$${{(}{)}}$$

B

A.$${{8}{6}{π}}$$

B.$${{6}{4}{π}}$$

C.$${{4}{8}{π}}$$

D.$${{3}{6}{π}}$$

1. 解析:

首先,底面$$ABC$$是边长为$$2\sqrt{3}$$的正三角形,其中心$$O$$也是垂心和外心。计算底面中心到顶点的距离:

$$AO = \frac{2\sqrt{3}}{\sqrt{3}} \times \frac{2}{3} = 2$$

三棱锥外接球的表面积为$$18π$$,故半径$$R = \sqrt{\frac{18π}{4π}} = \frac{3\sqrt{2}}{2}$$。

设$$PO = h$$,球心在$$PO$$上,距离底面$$d$$,由勾股定理:

$$R^2 = d^2 + AO^2$$

$$\left(\frac{3\sqrt{2}}{2}\right)^2 = d^2 + 2^2$$

$$\frac{9}{2} = d^2 + 4$$

$$d = \frac{\sqrt{2}}{2}$$

因为球心在三棱锥内,$$h = R + d = \frac{3\sqrt{2}}{2} + \frac{\sqrt{2}}{2} = 2\sqrt{2}$$。

平面$$ABP$$与底面$$ABC$$的夹角为$$\theta$$,计算二面角的余弦值:

$$\cos \theta = \frac{h}{\sqrt{h^2 + AO^2}} = \frac{2\sqrt{2}}{\sqrt{(2\sqrt{2})^2 + 2^2}} = \frac{2\sqrt{2}}{\sqrt{8 + 4}} = \frac{2\sqrt{2}}{2\sqrt{3}} = \frac{\sqrt{6}}{3}$$

但题目选项中没有$$\frac{\sqrt{6}}{3}$$,可能是计算有误。重新考虑二面角的平面角:

取$$AB$$中点$$M$$,连接$$PM$$和$$OM$$,则$$\angle PMO$$为二面角的平面角。

$$OM = \sqrt{AO^2 - \left(\frac{AB}{2}\right)^2} = \sqrt{4 - 3} = 1$$

$$PM = \sqrt{PO^2 + OM^2} = \sqrt{8 + 1} = 3$$

$$\cos \theta = \frac{OM}{PM} = \frac{1}{3}$$

故选B。

2. 解析:

三条侧棱两两垂直,外接球半径$$R$$为长方体对角线的一半:

$$R = \frac{\sqrt{1^2 + (\sqrt{2})^2 + (\sqrt{3})^2}}{2} = \frac{\sqrt{6}}{2}$$

表面积为$$4πR^2 = 4π \times \frac{6}{4} = 6π$$。

故选C。

6. 解析:

首先确定$$ABC$$为等腰直角三角形,$$AC = 2$$。

设球心为$$O$$,在平面$$ABC$$的投影为$$O'$$。由二面角条件,利用余弦定理求出$$SO'$$:

$$\cos \theta = -\frac{\sqrt{3}}{3}$$

通过几何关系解得球的半径$$R = \frac{\sqrt{7}}{2}$$,表面积为$$7π$$。

故选B。

7. 解析:

翻折后,$$A'C = 2$$,利用空间几何关系确定外接球半径$$R = 2$$。

表面积为$$4πR^2 = 16π$$。

故选A。

8. 解析:

设圆锥底面半径$$r$$,母线$$l = 2r$$。

球与圆锥相切,利用相似关系得球的半径$$R = \frac{r}{\sqrt{2}}$$。

圆锥表面积为$$πr^2 + πrl = 3πr^2$$,球表面积为$$4πR^2 = 2πr^2$$。

比值为$$\frac{2}{3}$$。

故选A。

9. 解析:

(1) 错误,直线可能与平面相交。

(2) 错误,充要条件不成立。

(3) 错误,球的半径$$R = 3\sqrt{3}$$,体积为$$108\sqrt{3}π$$,正确。

(4) 错误,角可能相等或互补。

只有(3)正确。

故选A。

10. 解析:

底面$$ABC$$是边长为6的等边三角形,外接圆半径$$R_{ABC} = 2\sqrt{3}$$。

四面体外接球半径$$R$$满足:

$$R^2 = \left(\frac{PA}{2}\right)^2 + R_{ABC}^2 = 4 + 12 = 16$$

$$R = 4$$,表面积为$$64π$$。

故选B。

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