内容正文:
2024-2025学年高二数学上学期期中测试卷01
测试范围:第10-11章+空间向量及其应用
一、填空题
1.“平面经过直线”用集合符号语言可表示为 .
2.已知一个球的半径是,则它的表面积是 .
3.设空间两个角与,若它们的两边分别平行,,则 .
4.已知空间向量,且与垂直,则等于 .
5.在平行六面体中,E,F分别是棱,的中点,记,,,则等于 (用,,表示).
6.一水平放置的平面图形,用斜二测画法画它的直观图,此直观图恰好是边长为1的正方形(如图所示),则原平面图形的面积为 .
7.平面的法向量为,,那么直线与平面的关系是 .
8.已知,,是不同的平面,l,m,n是不同的直线,下列命题中:
(1)若,,,则;
(2)若,,,则;
(3)若,,,则且;
(4)若,,,则,
所有真命题的序号是 .
9.若圆锥的侧面展开图是半径为,面积为的扇形,则由它的两条母线所确定的该圆锥的截面面积的最大值为 .
10.如图,正方的棱长为2,若空间中的动点P满足,若,则二面角的平面角的大小为 .
11.已知三棱柱及空间中一点P,且,(,m为常数),若三棱的体积为24,则三棱锥的体积为 .
12.正方形中,,分别为线段,的中点,连接,,,将,,分别沿,,折起,使,,三点重合,得到三棱锥,则该三棱锥外接球半径与内切球半径的比值为 .
二、单选题
13.给出下面四个命题:
①三个不同的点确定一个平面;
②一条直线和一个点确定一个平面;
③空间两两相交的三条直线确定一个平面;
④两条平行直线确定一个平面.
其中正确的命题是( )
A.① B.② C.③ D.④
14.已知正方体的体积是,则这个正方体的外接球的体积是( )
A. B. C. D.
15.如图,在正方体中,,分别为,的中点,则下列说法错误的是( )
A.与垂直 B.与平面垂直
C.与平行 D.与平面平行
16.在棱长为1的正方体中,为底面ABCD的中心,是棱上一点,且,,N为线段AQ的中点,则下列命题中正确的是( )
A.CN与QM是异面直线
B.三棱锥的体积跟的取值有关
C.当时,
D.当时,过A、Q、M三点的平面截正方体所得截面的周长为
三、解答题
17.已知空间中的三点,,.
(1)求的面积;
(2)当与的夹角为钝角时,求k的范围.
18.如图,在直三棱柱中,,D,E,F分别是棱,BC,AC的中点,.
(1)证明:平面平面;
(2)求点到平面的距离.
19.蒙古包是蒙古族牧民居住的一种房子,建造和搬迁都很方便,适于牧业生产和游牧生活、蒙古包古代称作穹庐、“毡包”或“毡帐”,如图1所示,一个普通的蒙古包可视为一个圆锥与一个圆柱的组合,如图2所示,已知该圆锥的高为2米,圆柱的高为3米,底面直径为6米.
(1)求该蒙古包的侧面积.
(2)求该蒙古包的体积.
20.如图,在四棱锥中,底面,,,,,.
(1)求证:平面;
(2)试在棱PB上确定一点,使截面把该几何体分成的两部分与的体积比为;
(3)H是PB中点,求二面角大小的余弦值.
21.已知矩形 中,,,现将沿对角线向上翻折,得到四面体.
(1)求三棱锥外接球的表面积;
(2)若点为底面内部一点,且,求三棱锥与三棱锥的体积之比;
(3)若的取值范围是,求二面角的取值范围.
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2024-2025学年高二数学上学期期中测试卷01
测试范围:第10-11章+空间向量及其应用
一、填空题
1.“平面经过直线”用集合符号语言可表示为 .
【答案】
【分析】根据直线与平面的关系直接得到结果.
【解析】由题意可知:直线在平面内,
所以符号语言为:,
故答案为:.
2.已知一个球的半径是,则它的表面积是 .
【答案】
【分析】根据球的表面积公式直接求解即可.
【解析】解:球的半径,则表面积为.
故答案为:.
3.设空间两个角与,若它们的两边分别平行,,则 .
【答案】或
【分析】根据等角定理即可得解.
【解析】因为空间两个角与的两边分别平行,
所以或,
所以或.
故答案为:或.
4.已知空间向量,且与垂直,则等于 .
【答案】4
【分析】由与垂直,得到,由此能求出的值.
【解析】因为,且与垂直,
所以,解得,
故答案为:4
5.在平行六面体中,E,F分别是棱,的中点,记,,,则等于 (用,,表示).
【答案】
【分析】连接,利用空间向量的线性运算求解.
【解析】连接,,
故答案为:
6.一水平放置的平面图形,用斜二测画法画它的直观图,此直观图恰好是边长为1的正方形(如图所示),则原平面图形的面积为 .
【答案】
【分析】由直观图作出原图,确定原图结构,然后计算面积.
【解析】
直观图恰好是边长为1的正方形,所以,
由直观图知原图为平行四边形,,,,
所以原平面图形的面积为,
故答案为:.
7.平面的法向量为,,那么直线与平面的关系是 .
【答案】或
【分析】计算平面的法向量和的数量积,即可判断的关系,进而判断直线与平面的关系.
【解析】由题意知,,
则,
故,则或,
故答案为:或
8.已知,,是不同的平面,l,m,n是不同的直线,下列命题中:
(1)若,,,则;
(2)若,,,则;
(3)若,,,则且;
(4)若,,,则,
所有真命题的序号是 .
【答案】(3)(4)
【分析】根据直线、平面间的位置关系判断(1)(2),由面面垂直的性质定理与判定定理判断(3)(4).
【解析】(1)缺少条件直线m需要属于平面,(1)错误;
(2)两直线还可以是异面,故(2)错误;
(3),,,所以且.(3)正确;
(4)设,,过在平面内作直线,在平面内作直线,由面面垂直的性质定理知,又过一点与一个平面垂直的直线有且只有一条,所以重合,而,则重合,所以,(4)正确.
故答案为:(3)(4)
9.若圆锥的侧面展开图是半径为,面积为的扇形,则由它的两条母线所确定的该圆锥的截面面积的最大值为 .
【答案】
【分析】
计算出圆锥的底面半径,设圆锥轴截面的顶角为,结合余弦定理可知为钝角,则两条母线垂直时,圆锥的截面面积取得最大值,结合三角形的面积公式可求得结果.
【解析】设圆锥的底面半径为,圆锥轴截面的顶角为,则,解得,
由余弦定理可得,则为钝角,
故当两条母线垂直时,圆锥的截面面积取得最大值,且最大值为.
故答案为:.
10.如图,正方的棱长为2,若空间中的动点P满足,若,则二面角的平面角的大小为 .
【答案】/
【分析】根据几何法求解二面角的平面角,即可求解大小.
【解析】若,则为正方体的体对角线的交点,即为正方体的中心,
因此平面即为平面,
平面,平面,,,
是二面角的平面角,
在等腰直角三角形中,,
故二面角的平面角为,
故答案为:
11.已知三棱柱及空间中一点P,且,(,m为常数),若三棱的体积为24,则三棱锥的体积为 .
【答案】4
【分析】由,可得,P是△ABC所在平面内一点,C到直线AB的距离等于P到直线AB的距离的2倍,进而可得到答案.
【解析】取AC的中点O,
∵,
∴,
∴P是△ABC所在平面内一点,C到直线AB的距离等于P到直线AB的距离的2倍,
故S△ABC=2S△ABP,设三棱柱的高为h
三棱锥的体积为
故答案为:4.
12.正方形中,,分别为线段,的中点,连接,,,将,,分别沿,,折起,使,,三点重合,得到三棱锥,则该三棱锥外接球半径与内切球半径的比值为 .
【答案】
【分析】利用三棱锥的外接球,即以为棱的长方体外接球求得其半径,利用等体积法求得内切球的半径,从而得解.
【解析】在正方形中,,
折起后两两互相垂直,
故该三棱锥的外接球,即以为棱的长方体外接球,
不妨设正方形边长为2,则,
故,则,
因为,
而该三棱锥的表面积与正方形的面积相同,即,
则,即,故,
所以.
故答案为:.
二、单选题
13.给出下面四个命题:
①三个不同的点确定一个平面;
②一条直线和一个点确定一个平面;
③空间两两相交的三条直线确定一个平面;
④两条平行直线确定一个平面.
其中正确的命题是( )
A.① B.② C.③ D.④
【答案】D
【分析】根据平面的概念与性质,以及线面关系对各个选项进行逐个判断即可.
【解析】对于①, 三个不共线的点确定一个平面, 故①错;
对于②, 一条直线和直线外一个点确定一个平面, 故②错;
对于③), 空间两两相交的三条直线, 且不能交 于同一点, 确定一个平面, 故③错;
对于④, 两条平行直线确定一个平面, 故④正确.
故选:D.
14.已知正方体的体积是,则这个正方体的外接球的体积是( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】根据体积得到正方体棱长,根据正方体的外接球半径为体对角线的一半得到半径,计算体积得到答案.
【解析】正方体的体积为,则正方体棱长,正方体的外接球半径为体对角线的一半,
即,故.
故选:B.
【点睛】本题考查了正方体的外接球问题,意在考查学生的计算能力和空间想象能力,将半径转化为求体对角线是解题的关键.
15.如图,在正方体中,,分别为,的中点,则下列说法错误的是( )
A.与垂直 B.与平面垂直
C.与平行 D.与平面平行
【答案】C
【分析】以点为原点建立空间直角坐标系,设,利用向量法逐一判断即可.
【解析】如图,以点为原点建立空间直角坐标系,设,
则
,
对于A,,
则,所以,故A正确;
对于B,,则,所以,
又平面,
所以平面,故B正确;
对于C,,
若与平行,则存在唯一实数使得,
所以,无解,
所以与不平行,故C错误;
对于D,,
设平面的法向量,
则有,可取,
因为,且平面,
所以平面,故D正确.
故选:C.
16.在棱长为1的正方体中,为底面ABCD的中心,是棱上一点,且,,N为线段AQ的中点,则下列命题中正确的是( )
A.CN与QM是异面直线
B.三棱锥的体积跟的取值有关
C.当时,
D.当时,过A、Q、M三点的平面截正方体所得截面的周长为
【答案】D
【分析】对于A,根据中位线定理,可得平行,即得共面,可得答案;
对于B,根据正方体的性质,求得点到底面的距离,利用三棱锥体积公式,可得答案;
对于C,利用勾股定理,求得的长,根据等腰三角形的性质,可得答案;
对于D,利用平行的性质,可得平面,根据勾股定理,求得边长,可得答案.
【解析】在中,因为M、N为AC、AQ的中点,所以,所以CN与QM共面,A错误;
作,易知,由为的中点,可得,,即到平面的距离为,
,则三棱锥的体积跟的取值无关,B错误;
当时,得,,,,
则,所以不成立,C错误;
当时,,过作,则,,
,,
过A、Q、M三点的正方体的截面ACEQ是等腰梯形,
所以平面截正方体所截得的周长为,D正确.
故选:D.
三、解答题
17.已知空间中的三点,,.
(1)求的面积;
(2)当与的夹角为钝角时,求k的范围.
【答案】(1);
(2).
【分析】(1)应用向量坐标表示有,,由向量夹角的坐标运算可得,再求其正弦值,应用三角形面积公式求面积;
(2)向量坐标表示得,,它们的夹角为钝角,即,即可求参数范围,注意排除向量反向共线的情况.
【解析】(1)由题设,,则,
所以,故在中,
故的面积为.
(2)由(1)知:,,且它们夹角为钝角,
所以,即,
所以,可得,
当它们反向共线,即且时,有,无解,
综上,.
18.如图,在直三棱柱中,,D,E,F分别是棱,BC,AC的中点,.
(1)证明:平面平面;
(2)求点到平面的距离.
【答案】(1)证明见解析
(2)
【分析】(1)证明线面平行,再由面面平行判定定理得证;
(2)利用三棱锥中等体积法求高即可.
【解析】(1)在中,因为E,F分别是BC,AC的中点,
所以.
因为,,
所以四边形为平行四边形,所以,
因为平面,平面,
所以平面,同理平面,
又因为,平面,
所以平面平面.
(2)如图所示,连接.
利用勾股定理计算得,
所以的面积为.
设点到平面的距离为,
则三棱锥的体积为.
又易知平面,
所以三棱锥的体积为.
所以,解得,
即点到平面的距离为.
19.蒙古包是蒙古族牧民居住的一种房子,建造和搬迁都很方便,适于牧业生产和游牧生活、蒙古包古代称作穹庐、“毡包”或“毡帐”,如图1所示,一个普通的蒙古包可视为一个圆锥与一个圆柱的组合,如图2所示,已知该圆锥的高为2米,圆柱的高为3米,底面直径为6米.
(1)求该蒙古包的侧面积.
(2)求该蒙古包的体积.
【答案】(1)平方米
(2)立方米
【分析】(1)先求出圆锥和圆柱的侧面积,再求和即可;
(2)先求出圆锥和圆柱的体积,再求和即可.
【解析】(1)依题意得米,米,米,
所以米,
所以圆锥的侧面积为平方米,
圆柱的侧面积为平方米,
所以该蒙古包的侧面积为平方米.
(2)圆锥的体积为立方米,
圆柱的体积为立方米,
所以该蒙古包的体积为立方米.
20.如图,在四棱锥中,底面,,,,,.
(1)求证:平面;
(2)试在棱PB上确定一点,使截面把该几何体分成的两部分与的体积比为;
(3)H是PB中点,求二面角大小的余弦值.
【答案】(1)证明见解析
(2)点为的中点
(3)
【分析】(1)根据已知可得,,进而即可根据线面垂直的判定定理得出证明;
(2)过点作,证明四边形是平行四边形.进而求出梯形的各个边长以及面积,得出四棱锥的体积,进而得出三棱锥的体积为.过点作,求出的面积,即可得出,即可得出点位置;
(3)建立空间直角坐标系,得出相关点以及向量的坐标,求出平面以及平面的法向量,根据向量求解即可得出答案.
【解析】(1)因为底面,平面,
所以,.
又,,
所以,.
因为平面,平面,,
所以,平面.
(2)
因为,所以.
过点作,则.
又,
所以,四边形是平行四边形,
所以,.
因为,
所以,,点为中点,
所以,.
所以,梯形的面积为,
四棱锥的体积.
由已知与的体积比为,
所以,三棱锥的体积为.
过点作,则,且是三棱锥的高,
因为,所以有.
因为,
所以,,,
所以,三棱锥的体积为,
所以,,
所以,点为的中点.
(3)
如图2,建立空间直角坐标系,
则,,,,,
所以,,.
因为底面,所以即为平面的一个法向量.
设为平面的一个法向量,
则,取,可得为平面的一个法向量.
所以,.
由图象可知,二面角为锐角,
所以二面角大小的余弦值为.
21.已知矩形 中,,,现将沿对角线向上翻折,得到四面体.
(1)求三棱锥外接球的表面积;
(2)若点为底面内部一点,且,求三棱锥与三棱锥的体积之比;
(3)若的取值范围是,求二面角的取值范围.
【答案】(1)
(2)
(3)
【分析】(1)利用该三棱锥的性质找出外接球的球心与半径计算即可;(2)将三棱锥体积之比转化为底面积之比,然后利用,求出底面积之比即可;(3)该图像不好建立空间直角坐标系,就利用几何法画出二面角,然后计算各个线段的长度,利用余弦定理得到,然后利用余弦定理得到,最后利用的取值范围求出二面角的取值范围即可.
【解析】(1)在矩形中,连接与相交于点,
则
在翻折后点为中点,还是有
故三棱锥外接球球心为点,半径
所以外接球表面积.
(2)由题可知,
所以
因为,
则
因为
故
所以
(3)过点作的垂线,与相交于点,在平面上,过点做的垂线,与相交于点;
则二面角为
显然,
所以有,
由题可知,,
故,,,
由余弦定理可知
所以有
在中,利用余弦定理得
又因为,的取值范围是
所以有,
得
因为
所以
即二面角的取值范围是.
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