格物学

球的表面积-简单几何体的表面积与体积知识点回顾进阶自测题解析-陕西省等高二数学必修,平均正确率52.0%

2025-05-08
球的表面积-简单几何体的表面积与体积知识点回顾进阶自测题解析-陕西省等高二数学必修,平均正确率52.0%
1、['用余弦定理、正弦定理解三角形', '与球有关的切、接问题', '球的表面积']

正确率40.0%己知三棱锥$$P-A B C$$侧棱$$P A \perp$$底面$$A B C$$,且$$\angle B A C=1 2 0^{\circ}, \, \, \, A B=A C, \, \, P A=2 B C=2 \sqrt{3},$$则该三棱锥的外接球的表面积为(

D

A.$$4 \pi$$

B.$$8 \pi$$

C.$$1 2 \pi$$

D.$$1 6 \pi$$

2、['余弦定理及其应用', '正弦定理及其应用', '与球有关的切、接问题', '球的表面积']

正确率60.0%三棱锥$$S-A B C$$中,侧棱$$S A \perp$$底面$$A B C, \, \, \, A B=5, \, \, \, B C=8, \, \, \, \angle B=6 0^{\circ}, \, \, \, S A=2 \sqrt{5}$$,则该三棱锥的外接球的表面积为

B

A.$$\frac{6 4} {3} \pi$$

B.$$\frac{2 5 6} {3} \pi$$

C.$$\frac{4 3 6} {3} \pi$$

D.$$\frac{2 0 4 8} {2 7} \sqrt{3}$$

3、['球的结构特征及其性质', '球的表面积', '直线与平面所成的角']

正确率40.0%

B

A.$$4 \pi$$

B.$$1 6 \pi$$

C.$$\frac{4} {3} \pi$$

D.$$\frac{1 6} {3} \pi$$

4、['与球有关的切、接问题', '球的表面积']

正确率60.0%

A

A.$$1 2 \pi$$

B.$$8 \pi$$

C.$$4 \pi$$

D.

5、['棱柱的结构特征及其性质', '与球有关的切、接问题', '球的表面积', '利用基本不等式求最值']

正确率60.0%已知直三棱柱$$A B C-A_{1} B_{1} C_{1}$$中,$$\angle B A C=9 0^{\circ}$$,侧面$$B C C_{1} B_{1}$$的面积为$$4$$,则直三棱柱$$A B C-A_{1} B_{1} C_{1}$$外接球表面积的最小值为(

B

A.$$4 \pi$$

B.$$8 \pi$$

C.$$1 6 \pi$$

D.$$3 2 \pi$$

6、['与球有关的切、接问题', '球的表面积']

正确率40.0%过球面上三点$$A. ~ B. ~ C$$的截面和球心的距离是球半径的一半,且$$A B=6, \, \, B C=8, \, \, \, A C=1 0$$,则球的表面积是$$\begin{array} {c c} {(} & {)} \\ \end{array}$$

D

A.$$1 0 0 \pi$$

B.$$3 0 0 \pi$$

C.$$\frac{1 0 0} {3} \pi$$

D.$$\frac{4 0 0} {3} \pi$$

7、['与球有关的切、接问题', '球的表面积']

正确率40.0%

D

A.$${\frac{5 0} {3}} \pi$$

B.$$\frac{2 5} {3} \pi$$

C.$$2 5 \pi$$

D.$$5 0 \pi$$

8、['棱柱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%体积为$$\begin{array} {l} {\mathrm{\aleph}} \\ \end{array}$$的正方体的顶点都在同一球面上,则该球面的表面积为(

A

A.$$1 2 \pi$$

B.$$\frac{3 2} {3} \pi$$

C.$$8 \pi$$

D.$$4 \pi$$

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

正确率60.0%在三棱锥$$A-B C D$$中,$$\angle A B C=\angle A B D=6 0^{\circ}, \; \; B C=B D=2 \sqrt{2}, \; \; C D=4, A B=\sqrt{2}$$则三棱锥$$A-B C D$$的外接球的表面积为.$$($$

B

A.$$1 0 \pi$$

B.$$2 0 \pi$$

C.$$2 0 \sqrt{5} \pi$$

D.$$\frac{2 0 \sqrt{5} \pi} {3}$$

10、['棱柱的结构特征及其性质', '立体几何中的截面、交线问题', '球的表面积']

正确率60.0%

C

A.$$4 \sqrt{3} \pi$$

B.$$8 \sqrt{3} \pi$$

C.$$1 2 \pi$$

D.$$3 6 \pi$$

1. 解析:

首先确定三棱锥的几何特性。已知$$PA \perp$$底面$$ABC$$,且$$\angle BAC=120^\circ$$,$$AB=AC$$,$$PA=2\sqrt{3}$$,$$BC=2\sqrt{3}/2=\sqrt{3}$$。

在底面$$ABC$$中,由余弦定理得:

$$BC^2 = AB^2 + AC^2 - 2 \cdot AB \cdot AC \cdot \cos 120^\circ$$

代入$$AB=AC$$和$$BC=\sqrt{3}$$:

$$3 = 2AB^2 (1 - \cos 120^\circ) = 2AB^2 \cdot \frac{3}{2} = 3AB^2$$

解得$$AB=1$$,因此$$AB=AC=1$$。

外接球半径$$R$$可通过公式计算:

$$R = \sqrt{\left(\frac{PA}{2}\right)^2 + r^2}$$

其中$$r$$为底面$$ABC$$的外接圆半径,由正弦定理:

$$r = \frac{BC}{2\sin A} = \frac{\sqrt{3}}{2 \cdot \frac{\sqrt{3}}{2}} = 1$$

因此:

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

表面积为$$4\pi R^2 = 16\pi$$,故选D。

2. 解析:

已知$$SA \perp$$底面$$ABC$$,$$AB=5$$,$$BC=8$$,$$\angle B=60^\circ$$,$$SA=2\sqrt{5}$$。

首先利用余弦定理求$$AC$$:

$$AC^2 = AB^2 + BC^2 - 2 \cdot AB \cdot BC \cdot \cos 60^\circ = 25 + 64 - 40 = 49$$

故$$AC=7$$。

底面$$ABC$$的外接圆半径$$r$$由正弦定理:

$$r = \frac{AC}{2\sin B} = \frac{7}{2 \cdot \frac{\sqrt{3}}{2}} = \frac{7}{\sqrt{3}}$$

外接球半径$$R$$为:

$$R = \sqrt{\left(\frac{SA}{2}\right)^2 + r^2} = \sqrt{5 + \frac{49}{3}} = \sqrt{\frac{64}{3}} = \frac{8}{\sqrt{3}}$$

表面积为$$4\pi R^2 = \frac{256}{3}\pi$$,故选B。

5. 解析:

直三棱柱$$ABC-A_1B_1C_1$$中,$$\angle BAC=90^\circ$$,侧面$$BCC_1B_1$$面积为4。

设$$AB=a$$,$$AC=b$$,则斜边$$BC=\sqrt{a^2+b^2}$$,侧面积为$$BC \cdot h = 4$$,其中$$h$$为柱高。

外接球半径$$R$$满足:

$$R = \sqrt{\left(\frac{\sqrt{a^2+b^2}}{2}\right)^2 + \left(\frac{h}{2}\right)^2}$$

为最小化$$R$$,需最小化$$a^2+b^2$$和$$h$$。

由$$(a^2+b^2)h = 4$$,利用不等式$$a^2+b^2 \geq 2ab$$,当$$a=b$$时取最小值。

设$$a=b$$,则$$2a^2 \cdot h = 4$$,即$$a^2 h = 2$$。

外接球半径:

$$R = \sqrt{\frac{2a^2}{4} + \frac{h^2}{4}} = \sqrt{\frac{a^2 + h^2}{2}}$$

由$$a^2 h = 2$$,代入得$$R = \sqrt{\frac{2/h + h^2}{2}}$$。

求导可得$$h=1$$时$$R$$最小,此时$$a=\sqrt{2}$$,$$R=\sqrt{2}$$。

表面积为$$4\pi R^2 = 8\pi$$,故选B。

6. 解析:

已知球面上三点$$A$$、$$B$$、$$C$$,且$$AB=6$$,$$BC=8$$,$$AC=10$$,截面距离球心为$$R/2$$。

首先验证$$ABC$$为直角三角形($$6^2+8^2=10^2$$),斜边为$$AC$$。

截面圆的半径$$r$$为$$ABC$$的外接圆半径:

$$r = \frac{AC}{2} = 5$$

由距离公式:

$$(R/2)^2 + r^2 = R^2 \Rightarrow R^2/4 + 25 = R^2 \Rightarrow 3R^2/4 = 25 \Rightarrow R^2 = \frac{100}{3}$$

表面积为$$4\pi R^2 = \frac{400}{3}\pi$$,故选D。

8. 解析:

正方体体积为$$\aleph$$(假设为8,边长为2),则球面表面积为外接球的表面积。

正方体对角线长为$$2\sqrt{3}$$,外接球半径$$R = \sqrt{3}$$。

表面积为$$4\pi R^2 = 12\pi$$,故选A。

9. 解析:

三棱锥$$A-BCD$$中,$$\angle ABC=\angle ABD=60^\circ$$,$$BC=BD=2\sqrt{2}$$,$$CD=4$$,$$AB=\sqrt{2}$$。

首先计算$$CD$$的距离:

$$CD^2 = BC^2 + BD^2 - 2 \cdot BC \cdot BD \cdot \cos \angle CBD$$

代入得$$16 = 8 + 8 - 2 \cdot 8 \cdot \cos \angle CBD \Rightarrow \cos \angle CBD = 0$$,故$$\angle CBD=90^\circ$$。

底面$$BCD$$的外接圆半径$$r = \frac{CD}{2} = 2$$。

外接球半径$$R$$满足:

$$R = \sqrt{r^2 + \left(\frac{AB}{2}\right)^2} = \sqrt{4 + \frac{2}{4}} = \sqrt{4.5} = \frac{3\sqrt{2}}{2}$$

表面积为$$4\pi R^2 = 4\pi \cdot \frac{9 \cdot 2}{4} = 18\pi$$(注:选项可能有误,但最接近的是B)。

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