第6章 5.2 平面与平面垂直(学案)-【成才之路】2024-2025学年高中新课程数学必修第二册同步学习指导(北师大版2019)

2025-06-03
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资源信息

学段 高中
学科 数学
教材版本 高中数学北师大版必修 第二册
年级 高一
章节 5.2平面与平面垂直
类型 学案
知识点 -
使用场景 同步教学-新授课
学年 2025-2026
地区(省份) 全国
地区(市) -
地区(区县) -
文件格式 ZIP
文件大小 1.34 MB
发布时间 2025-06-03
更新时间 2025-06-03
作者 河北万卷文化有限公司
品牌系列 成才之路·高中新教材同步学习指导
审核时间 2025-03-31
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来源 学科网

内容正文:

对点训练2:【证明】  因为SA⊥平面ABCD,所以SA⊥BC. 因为四边形ABCD是正方形,所以AB⊥BC. 因为SA∩AB = A,所以BC⊥平面SAB. 因为AE平面SAB,所以BC⊥AE. 又因为AF⊥SC于点F,EF⊥SC交SB于点E, 所以SC⊥平面AEF,所以SC⊥AE. 又因为BC∩SC = C,所以AE⊥平面SBC. 而SB平面SBC,所以AE⊥SB. 例3:(1)∵直线A1A⊥平面ABCD,∴ ∠A1CA为直线A1C与 平面ABCD所成的角,设A1A = 1,则AC 槡= 2, ∴ tan∠A1CA =槡22 . (2)连接A1C1交B1D1于O,在正方形A1B1C1D1中,A1C1⊥B1D1, ∵ BB1⊥平面A1B1C1D1,A1C1平面A1B1C1D1, ∴ BB1⊥A1C1, 又BB1∩B1D1 = B1,∴ A1C1⊥平面BDD1B1,垂足为O. ∴ ∠A1BO为直线A1B与平面BDD1B1所成的角, 在Rt△A1BO中,A1O = 12 A1C1 = 1 2 A1B,∴ ∠A1BO = 30°. 即A1B与平面BDD1B1所成的角为30°. 对点训练3:由题意知A是M在平面ABC上的射影, ∴ MA⊥平面ABC, ∴ MC在平面CAB上的射影为AC. ∴ ∠MCA即为直线MC与平面CAB所成的角. 又∵在Rt△MBC中,BM = 5,∠MBC = 60°, ∴ MC = BMsin∠MBC = 5sin 60° = 5 ×槡32 = 槡 5 3 2 . 在Rt△MAB中,MA = MB2 - AB槡 2 = 52 - 4槡 2 = 3. 在Rt△MAC中,sin∠MCA = MAMC = 3 槡5 3 2 = 槡2 35 . 即MC与平面CAB所成角的正弦值为槡2 35 . 课堂检测  固双基 1. A  ∵直线l⊥平面α,∴ l与α相交,又∵ mα,∴ l与m相交 或异面,由直线与平面垂直的定义,可知l⊥m.故l与m不可 能平行. 2. B  对于①,因为l∥m,m∥n,所以l∥n,又l⊥α,所以n⊥α,即 ①正确;对于②,因为m⊥α,n⊥α,所以m∥n,又l∥m,所以 l∥n,即②正确;对于③,因为l∥α,l⊥m,所以m∥α或mα 或m⊥α或m与α斜交,即③错误. 3. A  对于①,当a⊥α,b∥α时,a,b相交垂直或异面垂直,故①正 确;对于②,当a⊥α,a⊥b时,b∥α或bα,故②错误;对于③,当 a∥α,a⊥b时,b与α平行或相交或bα,故③错误.故选A. 4.槡26  P与墙角B的距离为32 + 42 + 1槡 2 槡= 26. 5.【证明】  (1)因为SA = SC,D是AC的中点,所以SD⊥AC.在 Rt△ABC中,AD = BD, 由已知SA = SB,所以△ADS≌△BDS, 所以SD⊥BD,又AC∩BD = D, 所以SD⊥平面ABC. (2)因为AB = BC,D为AC的中点, 所以BD⊥AC,由(1)知SD⊥BD, 又因为SD∩AC = D,所以BD⊥平面SAC. 5. 2  平面与平面垂直 必备知识  探新知 知识点1  半平面  两个半平面  棱  面  棱  角 知识点2  直二面角  α⊥β  垂直 关键能力  攻重难 例1:(1)因为PA⊥平面ABCD,所以PA⊥CD.因为四边形 ABCD为正方形, 所以CD⊥AD.又PA∩AD = A, 所以CD⊥平面PAD. 又CD平面PCD,所以平面PAD⊥平面PCD. 所以二面角A - PD - C的平面角的度数为90°. (2)因为PA⊥平面ABCD,所以AB⊥PA,AD⊥PA.所以 ∠BAD为二面角B - PA - D的平面角.又由题意知∠BAD = 90°, 所以二面角B - PA - D的平面角的度数为90°. (3)因为PA⊥平面ABCD,所以AB⊥PA,AC⊥PA.所以 ∠BAC为二面角B - PA - C的平面角. 又四边形ABCD为正方形,所以 ∠BAC = 45°. 所以二面角B - PA - C的平面角的 度数为45°. (4)作BE⊥PC于E,连接DE,BD, 且BD与AC交于点O,连接EO,如图.由 题意知△PBC≌△PDC,则∠BPE =∠DPE,从而 △PBE≌△PDE. 所以∠DEP =∠BEP = 90°, 且BE = DE. 所以∠BED为二面角B - PC - D的平面角. 又PA⊥平面ABCD,所以PA⊥BC. 又AB⊥BC,PA∩AB = A, 所以BC⊥平面PAB.所以BC⊥PB. 设AB = a,则PA = AB = BC = a, 所以PB 槡= 2a,PC 槡= 3a,所以BE =PB·BCPC =槡 6 3 a,BD 槡= 2a. 所以sin∠BEO = BOBE = 槡2 2 a 槡6 3 a =槡32 . 因为∠BEO∈(0°,90°), 所以∠BEO = 60°.所以∠BED = 120°. 所以二面角B - PC - D的平面角的度数为120°. 对点训练1:取A1C1 的中点O,连接B1O,BO.由题意知 B1O⊥A1C1,又BA1 = BC1,O为A1C1的中点, 所以BO⊥A1C1, 所以∠BOB1 即是二面角B - A1C1 - B1的平面角. 因为BB1⊥平面A1B1C1D1,OB1 平面A1B1C1D1,所以BB1⊥OB1 . 设正方体的棱长为a                                                                      , —343— 则OB1 =槡22 a, 在Rt△BB1O中,tan∠BOB1 = BB1OB1 = a 槡2 2 a 槡= 2, 所以二面角B - A1C1 - B1的正切值为槡2. 例2:【证明】  (1)由题意知△PAD为正三角形,G是AD的 中点, ∴ PG⊥AD. 又平面PAD⊥平面ABCD,平面PAD∩平面ABCD = AD,PG 平面PAD, ∴ PG⊥平面ABCD,由BG平面ABCD,∴ PG⊥BG. 又∵四边形ABCD是菱形且∠DAB = 60°, ∴ △ABD是正三角形,∴ BG⊥AD. 又AD∩PG = G,AD,PG平面PAD,∴ BG⊥平面PAD. (2)由(1)可知BG⊥AD,PG⊥AD,BG∩PG = G,BG,PG平 面PBG,所以AD⊥平面PBG, 又PB平面PBG,所以AD⊥PB. 对点训练2:【证明】  (1)在平面ABD 内,AB ⊥ AD,EF⊥AD. 则AB∥EF. ∵ AB平面ABC,EF平面ABC, ∴ EF∥平面ABC. (2)∵ BC⊥BD,平面ABD∩平面BCD = BD,平面ABD⊥平 面BCD,BC平面BCD, ∴ BC⊥平面ABD. ∵ AD平面ABD,∴ BC⊥AD. ∵ AB⊥AD,BC,AB平面ABC,BC∩AB = B, ∴ AD⊥平面ABC,又AC平面ABC,∴ AD⊥AC. 例3:【证明】  (1)因为PD = a,DC = a,PC 槡= 2a,所以PC2 = PD2 + DC2,所以PD⊥DC. 同理可证PD⊥AD,又AD∩DC = D,所以PD⊥平面ABC. 因为PD平面PAD,所以平面PAD⊥平面ABCD. (2)由(1)知PD⊥平面ABCD, 所以PD⊥AC,而四边形ABCD是正方形, 所以AC⊥BD,又BD∩PD = D,所以AC⊥平面PDB. 同时,AC平面PAC,所以平面PAC⊥平面PBD. 对点训练3:【证明】  证法一:(利用定义证明) 因为∠BSA =∠CSA = 60°,SA = SB = SC, 所以△ASB和△ASC均是等边三角形,则有SA = SB = SC = AB = AC,令其值为a, 则△ABC和△SBC为共底边BC的等腰三角形. 取BC的中点D,如图所示, 连接AD,SD,则AD⊥BC,SD⊥BC, 所以∠ADS为二面角A - BC - S的 平面角. 在Rt△BSC中,因为SB = SC = a, 所以SD =槡22 a,BD = BC 2 = 槡2 2 a. 在Rt△ABD中,AD =槡22 a.在△ADS中,因为SD 2 + AD2 = SA2, 所以∠ADS = 90°,即二面角A - BC - S为直二面角,故平面 ABC⊥平面SBC. 证法二:(利用判定定理) 因为SA = SB = SC,且∠BSA =∠CSA = 60°,所以△ASB和 △ASC均是等边三角形, 所以SA = AB = AC, 所以点A在平面SBC上的射影为△SBC的外心.因为 △SBC为直角三角形, 所以点A在△SBC上的射影D为斜边BC的中点,所 以AD⊥平面SBC. 又因为AD平面ABC,所以平面ABC⊥平面SBC. 课堂检测  固双基 1. D 2. C  因为BA⊥平面ADD′A′,又AD, AD′平面ADD′A′,所以AD′⊥AB, AD⊥AB,所以∠D′ AD即为二面角 D′ - AB - D的平面角,因为∠D′AD = 45°,所以二面角D′ - AB - D的大小 是45°.故选C. 3. C  ∵ AB = CB,且E是AC的中点,∴ BE⊥AC,同理有DE⊥ AC,于是AC⊥平面BDE. ∵ AC在平面ABC内,∴平面ABC⊥ 平面BDE.又AC平面ACD,∴平面ACD⊥平面BDE,故 选C. 4. C  经过l的平面都与α垂直,而经过l的平面有无数个,故选C. 5.【证明】  如图,在平面PAC内作AD⊥PC交PC于点D, ∵平面PAC⊥平面PBC,AD平面PAC,且 AD⊥PC,平面PAC∩平面PBC = PC, ∴ AD⊥平面PBC, 又∵ BC平面PBC, ∴ AD⊥BC. ∵ PA⊥平面ABC,BC平面ABC, ∴ PA⊥BC, ∵ AD∩PA = A, ∴ BC⊥平面PAC, ∵ AC平面PAC, ∴ BC⊥AC. § 6  简单几何体的再认识 6. 1  柱、锥、台的侧面展开与面积 必备知识  探新知 知识点1  (1)2πrl  2πrl + 2πr2   (2)πrl  πrl + πr2 (3)π(r1 + r2)l  π(r1 + r2)l + πr21 + πr                                                                      22 —443— KLMN%OPQ 1.直线l⊥平面α,直线mα,则l与m不可能(    )                                A.平行  B.相交  C.异面    D.垂直 2.已知l,m,n是三条不同的直线,α是一平面.下列命 题中正确的个数为 (    ) ①若l∥m,m∥n,l⊥α,则n⊥α; ②若l∥m,m⊥α,n⊥α,则l∥n; ③若l∥α,l⊥m,则m⊥α. A. 1 B. 2 C. 3 D. 0 3.若a,b表示直线,α表示平面,下列推论中正确的个 数为 (    ) ①a⊥α,b∥α,则a⊥b; ②a⊥α,a⊥b,则b∥α; ③a∥α,a⊥b,则b⊥α. A. 1 B. 2 C. 3 D. 0 4.若构成教室墙角的三个墙面记为α,β,γ,交线记为 BA,BC,BD,教室内一点P到三墙面α,β,γ的距离分别 为3 m,4 m,1 m,则P与墙角B的距离为        m. 5.如图,在△ABC中,∠ABC = 90°,D是AC的中点,S是 △ABC所在平面外一点,且SA = SB = SC. (1)求证:SD⊥平面ABC; (2)若AB = BC,求证:BD⊥平面SAC. 请同学们认真完成练案[47                                       ] 5. 2  平面与平面垂直 !"#$%&'( 课标要求 核心素养 1.理解二面角的有关概念,会求简单的二面角的大小. 2.理解两平面垂直的定义. 3.掌握平面与平面垂直的性质定理及其应用. 4.掌握平面与平面垂直的判定定理. 5.掌握空间中线、面垂直关系的相互转化. 通过本节的学习,培养学生的几何直观能力,建 立形与数的联系,构建数学问题的直观模型,探 索解决问题的思路,提升在直观感知,操作确认 的基础上归纳、概括结论的素养. !'* )*+,%-.+ 知识点1  二面角 有关概念 一个平面内的一条直线,把这个平面分成两部分,其中的每一部分都称为半平面  . 从一条直线出发的两个半平面  所组成的图形称为二面角.这条直线称为二面角的棱  , 这两个半平面称为二面角的面  . 符号语言 二面角α - AB - β或α - l - β 图形语言 二面角的 平面角 以二面角的棱上任一点为端点,在两个半平面内分别作垂直于棱  的两条射线,这两条射 线所成的角  称为二面角的平面角.平面角是直角的二面角称为直二面角 符号语言 ∠AOB是二面角α - l - β的平面角 图形语言 知识点2  平面与平面垂直的定义 文字语言 (定义) 两个平面相交,如果所成的二面角是直二平面角  ,就说这两个平面互相垂直.平面α与平 面β垂直 符号语言 α⊥β  图形语言 两个互相垂直的平面通常把直立平面的竖边画成与水平平面的横边垂直  .如图所示 知识点3  平面与平面垂直的性质 文字语言 (定义) 两个平面垂直,如果一个平面内有一条直线垂直于这两个平面的交线,那么这条直线与另 一个平面垂直. 符号语言 α⊥β,α∩β =MN,ABβ,AB⊥MN于点BAB⊥α 图形语言 !(" 知识点4  平面与平面垂直的判定 文字语言 (定义) 如果一个平面过另一个平面的垂线,那么这两个平面垂直. 符号语言 lα,l⊥βα⊥β 图形语言 /012%345 ●678%sEnT<23 1.四边形ABCD是正方形,PA⊥平面ABCD,且PA = AB. (1)求二面角A - PD - C的平面角的度数; (2)求二面角B - PA - D的平面角的度数; (3)求二面角B - PA - C的平面角的度数; (4)求二面角B - PC - D的平面角的度数. 【分析】  求二面角的平面角的大小,先找二面角的平面角, 然后在三角形中求解. [归纳提升] 〉 ABCD 1     如图,在正方体ABCD - A1B1C1D1中,求二面角B - A1C1 - B1 的正切值. 归纳提升: 1. ‘ è Æ j  Z - Þßá ì/0 !%ºèJ§ ‘3 . ºwÆj'?% G…(O¾Î-nY . 2. ºèÆj-wÆj- Iá I%á¨GHI©p èÆj-´°ã%eT WÎ?p³e7wÆf ê ë º ² u M ´ - À¯ . Ï;ÓÕ?Ñ AOB 0è Æj α - a - β - w Æj . Ièᨲ¯I©& èÆj%eÆf%κ ‚%ewÆ-²¯?& ²Uº´-²¯?¶F ¯Æ²u]ãdèÆj -wÆjÊî“j . Ï;ÓÕ?Ñ AFE 0è !(!                                                        ●67E%ÊndÊnÑÒ<€›”IJ 2.如图所示,P是四边形ABCD所在平面外的一点,四边形 ABCD是∠DAB = 60°且边长为a的菱形.侧面PAD为正三 角形,其所在平面垂直于底面ABCD. G为AD边的中点. 求证: (1)BG⊥平面PAD; (2)AD⊥PB. [归纳提升] 〉 ABCD 2     如图,在三棱锥A - BCD中,AB⊥AD,BC⊥BD,平面 ABD⊥平面BCD,点E,F(E与A,D不重合)分别在棱AD, BD上,且EF⊥AD. 求证:(1)EF∥平面ABC; (2)AD⊥AC. Æj A - BC - D -w Æj . I§á¨²ÆI© &´°%κ´-² uwÆ??wÆrè Æj-³e7wÆM N;¯?4³–;¯ ÓX-j?60èÆ j-wÆj . Ï;ÓÕ?Ñ AOB 0 èÆj α - l - β -w Æj . 归纳提升: LÆÆ²u->ÍG n-nh (1) GnXÁ-–— R§eá j ³ e w Æ ± š ²u . ku¯pîX%ew Æf . ±u¯r³wÆ-; ¯²u . (2) Gn-·ÍBé ÆÆ²uѯƲ u?Ä]FgJK¯ Ʋu . (3) ˜ ™ Æ Æ ² u '?]^¶FØGn bc0¯Æ²u?¡ bc0¯¯²u . !(#                                                        ●67H%ÊndÊnÑÒ<Î& 3.如图所示,在四棱锥P - ABCD中,底面是边长为a的正方 形,侧棱PD = a,PA = PC =槡2a, (1)求证:平面PAD⊥平面ABCD. (2)求证:平面PAC⊥平面PBD. 【分析】  (1)根据已知的线段长度,证明PD⊥DC,PD⊥AD,即 可得到PD⊥平面ABCD,然后利用面面垂直的判定定理证得结论. (2)根据(1)问得到PD⊥平面ABCD,从而有PD⊥AC,然后结合底面ABCD为正方形得 到AC⊥BD,从而找出平面PDB的垂线AC,最后利用判定定理证得结论. [归纳提升] 〉 ABCD 3     如图所示,在四面体A - BCS中,已知∠BSC = 90°,∠BSA = ∠CSA = 60°,又SA = SB = SC. 求证:平面ABC⊥平面SBC. 归纳提升: JKwÆrwƲu -Iá 1̈ ©GHIá´µÆ Æ²u-GH<G³ wƲu·Í°B_ `abc0‘èÆj -wÆj0uj . 2̈ ©<GGná<G GnBJKÆÆ²u -¦FI?6…J ÆÆ²u\…bc0 J¯Æ²u?î@A BpîX%ewÆf >ã%–u¯r‚% ewƲu . ¨ 3 ©>ÍIá¶F !³ewúwÆX- %e²uMà§ew Æ?ô‚%e'²u Mà§ewÆ3 . !($ KLMN%OPQ 1.若平面α⊥平面β,平面β⊥平面γ,则 (    )                                A. α∥γ B. α⊥γ C. α与γ相交但不垂直 D.以上都有可能 2.在正方体ABCD - A′B′C′D′中,二面角D′ - AB - D的 大小是 (    ) A. 90° B. 60° C. 45° D. 30° 3.如图,在四面体D - ABC中, 若AB = CB,AD = CD,E是AC 的中点,则下列结论正确的是 (    ) A.平面ABC⊥平面ABD B.平面ABD⊥平面BDC C.平面ABC⊥平面BDE,且平面ADC⊥平面BDE D.平面ABC⊥平面ADC,且平面ADC⊥平面BDE 4.已知直线l⊥平面α,则经过l且和α垂直的平面(    ) A.有1个 B.有2个 C.有无数个 D.不存在 5.如图所示,在三棱锥P - ABC中,PA⊥平面ABC,平面 PAC⊥平面PBC. 求证:BC⊥AC. 请同学们认真完成练案[48                                   ] § ' 简单几何体的再认识 6. 1  柱、锥、台的侧面展开与面积 !"#$%&'( 课标要求 核心素养 1.借助生活中的实物进行演示,理解柱、锥、台的侧面展开, 理解面积的求法. 2.掌握柱、锥、台的表面积的求法. 通过本节的学习,培养学生借助几何直观和空间 想象感知事物的形态与变化,利用空间形式特别 是图形,理解和解决数学问题的素养. )*+,%-.+ 知识点1  圆柱、圆锥、圆台的侧面积与表面积     (1)圆柱的底面半径为r,母线长为l,侧面展开图是矩形.如图1: 圆柱的侧面积和表面积公式:S圆柱侧= 2πrl  ,S表面积= S圆柱侧+ 2S底面积= 2πrl + 2πr2  . !(%

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