11.1.3 多面体与棱柱(学案)-【成才之路】2024-2025学年高中新课程数学必修第四册同步学习指导(人教B版2019)

2025-06-03
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教辅
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资源信息

学段 高中
学科 数学
教材版本 高中数学人教B版必修第四册
年级 高一
章节 11.1.3 多面体与棱柱
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 1.39 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
下载链接 https://m.zxxk.com/soft/51357061.html
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来源 学科网

内容正文:

(2)平面ABCD与平面EFGH的距离为12 AA1 = 1 2 × 4 = 2. 课堂检测  固双基 1. B  因为点Q(元素)在直线b(集合)上,所以Q∈b.又因为直 线b(集合)在平面β(集合)内,所以bβ.所以Q∈bβ. 2. A  如图,三棱锥A - BCD中六条棱所在直线成异面直线的有 AB与CD,AC与BD,AD与BC,共3对,故选A. 3. B  由已知条件知直线a与平面α相交,则平面α内的直线与 a可能相交,也可能异面. 4. B  若异面直线m,n垂直,则符合要求的平面有一个,否则不 存在. 5. 2  3  直线BC到平面ADD1A1的距离为AB = 2,平面ABB1A1 与平面CDD1C1之间的距离为AD = 3. 11. 1. 3  多面体与棱柱 必备知识  探新知 知识点1  1.平面多边形  多边形  公共边  同一面  不在同 一个面上  2.面积之和 对应练习 1. C  钻石、粉笔盒、金字塔的表面都可以近似看成平面多边形, 所以它们都能近似看成多面体.篮球的表面不是平面多边形, 故不能近似看成多面体. 2. B  所求八面体的表面积是两个底面边长为 1,高为槡22的四棱锥的侧面积之和. 如图,四棱锥的侧棱长 l = 槡2( )2 2 + 1 2 + 1槡 2( )2槡 2 = 1. ∴以该正方体各个面的中心为顶点的凸多面体的表面积S = 8 × 12 槡× 1 × 1 × sin 60° = 2 3.故选B. 知识点2  1.互相平行  平行四边形  2.底面  上底面  下底 面  侧面  侧棱  4.垂线  5.正棱柱  6.平行四边形  垂直 对应练习 3.(1)√  (2)×   (3)×   (4)× [提示]  (1)棱柱可以看作由一个平面多边形沿某一方向平 移形成的空间几何体. (2)棱柱的侧面都是平行四边形,底面也有可能是平行四 边形. (3)棱柱两底面全等,但不一定是正多边形. (4)有一个侧面是矩形的棱柱不能保证侧棱与底面垂直. 4. C  底面是矩形的四棱柱有可能是斜棱柱,不一 定是长方体,故A错误;因为平行的两个面不一 定是平行四边形,故有两个面平行,其余四个面 都是平行四边形的四棱柱不一定是平行六面 体,故B错误;根据棱柱的结构特征可知,C正 确;如图所示的几何体,有两个面平行,其余各 面都是四边形,但不是棱柱,故D错误.故选C. 关键能力  攻重难     例1:(1)CD  (2)见解析  (1)A错误,棱柱的底面不一定 是平行四边形. B错误,棱柱的底面可以是三角形. C正确,由棱 柱的定义易知. D正确,棱柱可以被平行于底面的平面截成两个 棱柱,所以说法正确的选项是CD.     (2)截面BCFE右侧部分是棱柱,因为它满足棱柱的定义.     它是三棱柱BEB′-CFC′,其中△BEB′和△CFC′是底面,EF,B′C′,BC 是侧棱.     截面BCFE左侧部分也是棱柱,它是四棱柱ABEA′ - DCFD′,其中四边形ABEA′和四边形DCFD′是底面,A′D′,EF, BC,AD为侧棱. 对点训练 1. C  棱柱的定义:有两个面互相平行,且该多面体的顶点都在这两 个面上,其余各面都是平行四边形,这样的多面体称为棱柱.观察 图形,满足棱柱概念的几何体有①③⑤,共3个.故选C.     例2:如图所示,设正六棱柱的底面边长为 a,侧棱长为h,易知CF′是正六棱柱的一条最长 的体对角线,即CF′ =13.     因为CF = 2a,FF′ = h,     所以CF′ = CF2 +FF′槡 2 = 4a2 +h槡 2 =13.①     因为正六棱柱的侧面积为180,     所以S侧= 6a·h = 180. ②     联立①②解得a = 6,h{ = 5 或a = 5 2 , h = 12{ .     当a = 6,h = 5时,2S底= 6 ×槡34 a 2 槡× 2 = 108 3.     所以S全 槡= 180 + 108 3.     当a = 52 ,h = 12时,2S底= 6 ×槡 3 4 a 2 × 2 = 槡75 34 ,     所以S全= 180 + 槡75 34 . 对点训练 2.(1)B  (2)C  (1)原来正方体的表面积为S1 = 6a2,切割成 27个全等的小正方体后,每个小正方体的棱长为13 a,表面积 为6 × 13( )a 2 = 23 a 2,总表面积S2 = 27 × 23 a 2 = 18a2,所以增 加的表面积为S2 - S1 = 12a2 . (2)如图,由已知条件可知,侧面 AA1B1B和侧面AA1C1C为平行四边 形,侧面BB1C1C为矩形. 在△ABC中,∠BAC = 90°,AB = AC = a, ∴ BC 槡= 2a,∴ S矩形BCC1B1 槡= 2a·b 槡= 2ab. ∵∠AA1B1 =∠AA1C1 =60°,AB =AC =a, ∴点B到直线AA1的距离为asin 60° =槡32 a. ∴ S四边形AA1C1C = S四边形AA1B1B = 槡3 2 ab, ∴ S侧= 2 ×槡32 ab 槡+ 2ab =(槡槡3 + 2)ab.     例3:(1)由题意,该三棱柱的侧面展开图是宽为4,长为3 × 3 = 9的矩形,所以对角线的长为42 + 9槡 2 槡= 97. (2)将该三棱柱的侧面沿棱BB1展开,如图所示. 设PC的长为x,则MP2 =MA2 +(AC + x)2 . 因为MP 槡= 29,MA = 2, AC = 3, 所以x = 2(负值舍去),即PC 的长为2. 又因为NC∥AM,所以PCPA = NC MA,即 2 5 = NC 2 , 所以NC = 45                                                                       . —197— 对点训练 3. 13  方法一:将正三棱柱ABC - A1B1C1 的侧面沿侧棱AA1 展 开,其侧面展开图的示意图如图1所示,取MN(AA1)的中点 E,最短路线为2AE = 2 (2 × 3)2 + ( )52槡 2 = 13(cm). 方法二:我们将“绕行两周”看作将正三棱柱ABC - A1B1C1 的 侧面展开两次,得到展开图的示意图如图2所示,连接AM,则 AM就是最短路线,AM = (6 × 2)2 + 5槡 2 = 13(cm).     例4:否 对点训练 4. D  根据棱柱的定义进行判定知,这4个图都满足. 课堂检测  固双基 1. C  直四棱柱的底面不一定是平行四边形,故A错;直平行六 面体的底面不一定是矩形,故B错;C正确;底面是正方形的 四棱柱不一定是直四棱柱,故D错. 2. D  由已知得底面边长为1,侧棱长为槡6 - 2 = 2. 所以S侧= 1 × 2 × 4 = 8. 3. C  由题图①可知,“同心圆”和“圆”相对,“加号”和“箭头” 相对,“心形”和“星星”相对. 由题图②可得,小正方体从题图②所示的位置翻到第6格时 正面朝上的图案是 4. 5  6  9  面数最少的棱柱是三棱柱,有5个面,6个顶点,9条棱. 5.槡29  设长方体ABCD - A1B1C1D1从顶点B出发的三条棱长分 别为a,b,c,且ab =12,ac =6,bc =8,则a =3,b =4,c =2,所以长方 体ABCD -A1B1C1D1中线段BD1的长为32 +42 +2槡 2 槡= 29. 11. 1. 4  棱锥与棱台 必备知识  探新知 知识点1  1.多边形  三角形  多边形  三角形面  公共边  公共顶点  垂线  2.正多边形  垂直于 对应练习 1. D  每个面都可作为底面,有4个. 2. B  根据棱锥的结构特征,知棱锥中不存在互相平行的多边 形,故B错误. 知识点2  1.平行于棱锥底面  截面  底面  垂线 对应练习 3.(1)√  (2)×   (3)× [提示]  (1)依据棱台的定义可知:由平行于底面的平面截 棱锥所得的平面与底面之间的部分是棱台. (2)只有用一平行于底面的平面去截棱锥,得到两个几何体, 才能一个是棱锥,一个是棱台. (3)未必是棱台,因为它们的侧棱延长后不 一定交于一点,如图,用一个平行于楔形几 何体底面的平面去截楔形几何体,截面与底 面之间的几何体虽有两个面平行,其余各面 是梯形,但它不是棱台. 关键能力  攻重难     例1:(1)0  (2)①②③  (1)①错误.棱 锥的定义是: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 成的多面体称为棱锥.而“其余各面都是三角 形”并不等价于“其余各面都是有一个公共顶 点的三角形”,故此说法是错误的.如图所示 的几何体不是棱锥,理由是△ADE和△BCF 无公共顶点.     ②错误.正棱锥的侧面都是等腰三角形, 不一定是等边三角形.     ③错误.由已知条件知,此三棱锥 的三个侧面未必全等,所以不一定是正 三棱锥.如图所示的三棱锥中有AB = AD = BD = BC = CD,满足底面△BCD为 等边三角形,三个侧面△ABD,△ABC, △ACD都是等腰三角形,但AC长度不 一定,三个侧面不一定全等.     (2)①正确,棱台的侧面都是梯形.     ②正确,由棱锥的定义知棱锥的侧面只 能是三角形.     ③正确,由四个面围成的封闭图形只能 是三棱锥.     ④错误,如图所示四棱锥被平面截成的 两部分都是棱锥. 对点训练 1. A  由五个面围成的多面体还可能是三棱台、三棱柱等,故① 错;三棱柱是只有两个面平行的五面体,故②错.如图,可知③ ④错误.     例2:因为正六棱锥的底面周长为24, 所以正六棱锥的底面边长为4. 在正六棱锥S - ABCDEF中,SB = SC,H为BC中点,所以 SH⊥BC. 因为O是正六边形ABCDEF的中心, 所以SO为正六棱锥的高. (1)在Rt△SOH中,OH = BCsin 60° =槡32 BC 槡= 2 3,又∠SHO = 60°,所以SO = OH·tan 60° = 6. (2)在Rt△SOH中,SH = SO2 + OH槡 2 槡= 4 3. (3)在Rt△SHB中,SH 槡= 4 3,BH = 2, 所以SB = SH2 + BH槡 2 槡= 2 13. 故该正六棱锥的高为6,斜高为槡4 3,侧棱长为槡2 13. 对点训练 2.(1)A  (2)B  (1)因为底面正三角形的高为槡32 a,其重心 到顶点距离为槡32 a × 2 3 = 槡3 3 a,且正三棱锥高为槡 6 6 a,所以 利用直角三角形勾股定理可得侧棱长为 槡6 6( )a 2 + 槡3 3( )a槡 2 =槡22 a.斜高为 槡 2 2( )a 2 - 12( )a槡 2 = a 2 .所以此正三棱锥侧面积S = 3 × 1 2 a × 1 2 a = 3 4 a 2 .故选A. (2)由题得,该正四棱锥的斜高为(槡3)2 + 1槡 2 = 2, 所以该正四棱锥的表面积为22 + 4 × 12 × 2 × 2 = 12.故选B.     例3:设棱台两底面的中心分别是O′和O,B′C′,BC的中点 分别是E′,E                                                                      , —198— XYZ[%\]^ 1.若点Q在直线b上,b在平面β内,则Q,b,β 之间的关系可记作 (    ) A. Q∈b∈β  B. Q∈bβ C. Qbβ  D. Qb∈β 2.三棱锥A - BCD的六条棱所在直线成异面直 线的有 (  )                              A. 3对 B. 4对 C. 5对 D. 6对 3.若直线a不平行于平面α且aα,则下列结 论成立的是 (  ) A.平面α内的所有直线与a异面 B.平面α内不存在与a平行的直线 C.平面α内存在唯一的直线与a平行 D.平面α内的直线与a都相交 4.已知直线m,n是异面直线,则过直线n且与直 线m垂直的平面 (  ) A.有且只有一个 B.至多一个 C.有一个或无数个 D.不存在 5.在长方体ABCD - A1B1C1D1中,AB = 2,AD = 3, AA1 = 5,则直线BC到平面ADD1A1 的距离为         ,平面ABB1A1与平面CDD1C1之间的 距离为        . 请同学们认真完成练案[12                    ] 11. 1. 3  多面体与棱柱 !"#$%&'( 学习目标 核心素养 1.认识和了解多面体,可按不同标准对多面体分类. 2.认识和把握棱柱的几何结构特征. 3.能运用这些特征描述现实生活中简单物体的结构,进 行简单计算,会求表面积. 1.通过多面体的定义与分类学习,培 养数学抽象的核心素养. 2.借助棱柱结构特征的学习,培养直 观想象的数学核心素养. )*+,%-.+ 知识点1  多面体     1.多面体的概念 名称 多面体 定义由若干个            所围成的封闭几何体 图形 相关 概念 面:围成多面体的各个            . 棱:相邻两个面的            . 顶点:棱与棱的公共点. 面对角线:连接            上两个顶点的线段,除去多面体的棱. 体对角线:连接            的两个顶点的线段. 截面:一个几何体和一个平面相交所得到的平面图形(包含它的内部).     2.表面积(或全面积):多面体所有面的            . $)'     3.凸多面体的概念 把多面体的任意一个面延展为平面,如果其余的各面都在这个平面的 同一侧,则称这样的多面体为凸多面体. 特别说明:我们所说的多面体,如果没有特别说明,指的都是凸多 面体. [思考1]  [思考2]     拓展: LMz$<V&0À V n<À F núÀ E Ýͱ²RSu V ; F - E = 2 h ●/012 1.下列实物不能近似看成多面体的是 (    )                                                A.钻石    B.粉笔盒 C.篮球    D.金字塔 2.若正方体的棱长为槡2,则以该正方体各个面的中心为顶点的凸多面体的 表面积为 (  ) A.槡23 B. 2槡3 C.槡3 D.槡 2 6 知识点2  棱柱     1.定义 有两个面          ,且该多面体的顶点都在这两个面上,其余各面 都是            ,这样的多面体称为棱柱. 2.图示及相关概念 棱柱的两个互相平行的面称为棱柱的          (底面水平放置时,分别称为          、          ), 其他各面称为棱柱的          ,两个侧面的公共边称 为棱柱的            . 3.棱柱的表示方法 棱柱可以用底面上的顶点来表示,也可用它的体对角线来表示,如上 图所示的棱柱可表示为棱柱ABCDEF - A′B′C′D′E′F′,此棱柱也可表示为 棱柱AD′. 4.棱柱的高与侧面 过棱柱一个底面上的任意一个顶点,作另一个底面的            所 得到的线段(或它的长度)称为棱柱的高,棱柱所有侧面的面积之和称为 棱柱的侧面积. 5.棱柱的分类 棱柱 按侧棱 与底面 关系 直棱柱:侧棱垂直于底面的棱柱 斜棱柱:{ 侧棱不垂直于底面的棱柱 按底面的形状:三棱柱、四棱柱、        五棱柱等 特别地,底面是正多边形的直棱柱称为          . 思考1:长方体、正方 体是多面体吗? 提示: }hª$V}ˆ 6 .<;ÒÕ-Vz$ V}ˆ 6 .z$;ÒÕ -Vϱ²$<V- gˆh 思考2:最简单的多面体 由几个面所围成? 提示:4 .h $)(     6.平行六面体与直平行六面体 底面是            的棱柱也称为平行六面体.侧棱与底面          的平行六面体称为直 平行六面体. ●/012 3.思考辨析(正确的打“√”,错误的打“×”) (1)棱柱可以看作由平面图形平移得到. (    ) (2)棱柱的侧面都是平行四边形,而底面不是平行四边形. (    ) (3)棱柱的两底面是全等的正多边形. (    ) (4)有一个侧面是矩形的棱柱是直棱柱. (    ) 4.下列说法正确的是 (  ) A.底面是矩形的四棱柱是长方体 B.有两个面平行,其余四个面都是平行四边形的四棱柱是平行六面体 C.棱柱的各个侧面都是平行四边形 D.有两个面平行,其余各面都是四边形的几何体是棱柱 3456%789 ●:;<%ÚÛP܀ÝÞ                                        1.(1)(多选题)下列关于棱柱的说法正确的是 (  ) A.所有的面都是平行四边形 B.每一个面都不会是三角形 C.两底面平行,并且各侧棱也平行 D.被平面截成的两部分可以都是棱柱 (2)如图所示为长方体ABCD - A′B′C′D′,当用平 面BCFE把这个长方体分成两部分后,各部分形 成的多面体还是棱柱吗?如果不是,请说明理 由;如果是,指出底面及侧棱. [归纳提升] 〉 /CD1 1.下列几何体中是棱柱的有 (    )                                                    A. 1个 B. 2个 C. 3个    D. 4个 归纳提升:棱柱结构的 辨析方法 (1) =gˆuŽg^. /WV}P}úû-R j}úû-gˆh !õ‹<ŒV¦ÿ>’ .$<V}db\.¬ ¶8Ç-<Viì+< ô}Á3;h 8õ‹6ŒV¦ÿ>ã ¶?\.Á3;->» 3}d8Çh (2) ˜#™uG¯˜# ™VK¡H'/WVo F@vwnJAQPB AVCDE­h $)) ●:;E%ÚÛPßAB 2.已知正六棱柱的一条最长的体对角线长是13,侧面积是180,求正 六棱柱的全面积. [归纳提升] 〉 /CD1 2.(1)将一个棱长为a的正方体,切成27个全等的小正方体,则表面积增 加了 (  ) A. 6a2 B. 12a2 C. 18a2 D. 24a2 (2)在三棱柱ABC - A1B1C1 中,∠BAC = 90°,AB = AC = a,∠AA1B1 = ∠AA1C1 = 60°,∠BB1C1 = 90°,侧棱长为b,则其侧面积为 (  ) A. 3槡34 ab B.槡 3 + 2 2 ab C.(槡3 +槡2)ab D. 2槡3 +槡22 ab ●:;>%ÚÛßAàPdá{|f: 3.(2024·东营高一检测)如图所示,在正三棱柱ABC - A1B1C1中,AB =3,AA1 = 4,M为AA1的中点,P是BC上 的一点,且由P沿棱柱侧面经过棱CC1到M的最短路 线为槡29.设这条最短路线与CC1的交点为N,求: (1)该三棱柱的侧面展开图的对角线的长; (2)PC和NC的长. [归纳提升] 归纳提升: _Ÿúû- F<=]Ó<=-$ Ÿúû-F<LÙJô }<;Vd%iF<= ۘNVís_l¶£ '<Óªè±VƒãÑ F<=lm>?¦W_ dh2piÓ<=V® F<=-ËG„¾„\ .'<<=¦Wh 归纳提升: _õ©/WV Ó<„\0ÍÐ\rs -…† a“Û˜^¼+ïVJ ; ( oi^”4 ) LÙ" 8< , ‰ïV/Wۘ8 <© . iË(…†} : (1) +ïVJ;LÙ" 8<J; ; (2) ®8<J;„³l ÓÔÐ\rs-6ü ; (3) lma6ü-ª . $)* 〉 /CD1 3.(2024·河南洛阳模拟)如图所示,已知正三棱柱ABC - A1B1C1 的底面边长为2 cm,高为 5 cm.一质点自A点出发,沿着三棱柱的侧面绕行两周到达A1点的最短路线长为      cm. ●QRST 4.有两个面互相平行,其余各个面都是平行四边形,这些面围成的几何体是否一定 是棱柱?     [错解]  是     [错因分析]  在解答关于空间几何体概念的判断题时,要注意紧扣定义,这就需要我们熟悉各 种空间几何体概念的内涵和外延,切忌只凭图形主观臆断,如满足题目条件的几何体不一定是棱 柱,如图所示的几何体满足题中条件,但都不是棱柱.     [正解]  〉 /CD1 4.下面多面体中,是棱柱的共有 (  )                                                A. 1个  B. 2个 C. 3个 D. 4个 XYZ[%\]^ 1.下列说法中正确的是 (    ) A.直四棱柱是直平行六面体 B.直平行六面体是长方体 C.六个面都是矩形的四棱柱是长方体 D.底面是正方形的四棱柱是直四棱柱 2.底面为正方形的直棱柱,它的底面对角线长为 槡2,体对角线长为槡6,则这个棱柱的侧面积是 (    )                                A. 2    B. 4 C. 6    D. 8 3.如图①,这是一个小正方体的侧面展开图,将 小正方体从如图②所示的位置依次翻到第1 格、第2格、第3格、第4格、第5格、第6格,这 时小正方体正面朝上的图案是 (    ) 4.一个棱柱至少有        个面;面数最少的棱 柱有        个顶点,有        条棱. 5.长方体的同一顶点处的相邻三个面的面积分别 为12,6,8,则长方体的对角线长为          . 请同学们认真完成练案[13                         ] $)+

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11.1.3 多面体与棱柱(学案)-【成才之路】2024-2025学年高中新课程数学必修第四册同步学习指导(人教B版2019)
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