1.1.1 第1课时 空间向量及其线性运算-【名师导航】2025-2026学年高中数学选择性必修第一册同步课件（人教A版）

第一章 空间向量与立体几何 1.1　空间向量及其运算 1.1.1　空间向量及其线性运算 第1课时　空间向量及其线性运算 [学习目标]　 1．经历由平面向量推广到空间向量的过程，了解空间向量的概念．(数学抽象) 2．经历由平面向量的运算及其运算律推广到空间向量的过程．(逻辑推理) 3．掌握空间向量的线性运算．(数学运算) 第1课时　空间向量及其线性运算 [教用·问题初探]——通过让学生回答问题来了解预习教材的情况 问题1．如何类比平面向量的概念推广得到空间向量的概念？ 问题2．空间向量的线性运算及其法则与平面向量有区别吗？为什么？ 问题3．如何借助平行六面体理解空间向量加法运算的运算律？ 问题4．两个不共线向量的加法有平行四边形法则，三个不共面向量的加法有什么法则？ 第1课时　空间向量及其线性运算 探究建构 关键能力达成 探究1　空间向量的有关概念及其简单应用 问题1　回顾平面向量的概念，给出空间向量的概念． [提示]　空间向量是平面向量的推广，其表示方法以及一些相关概念与平面向量一致． 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 [新知生成] 1．空间向量的概念与表示 在空间，把具有____和____的量叫做空间向量，空间向量的大小叫做空间向量的____或__． 空间向量用字母a，b，c，…表示，也用有向线段表示，有向线段的____表示空间向量的模．若向量a的起点是A，终点是B，则向量a也可以记作，其模记为|a|或||． 大小 方向 长度 模 长度 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 2．几类特殊的空间向量 名称 定义及表示 零向量 长度为0的向量叫做______，记为0 单位向量 模为__的向量叫做单位向量 相反向量 与向量a长度____而方向____的向量，叫做a的相反向量，记为－a 零向量 1 相等 相反 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 名称 定义及表示 相等向量 方向____且模____的向量叫做相等向量．在空间，____且____的有向线段表示同一向量或相等向量 共线向量 (平行向量) 如果表示若干空间向量的有向线段所在的直线互相____或____，那么这些向量叫做________或平行向量．规定：零向量与任意向量____，即对于任意向量a，都有0__a 相同 相等 同向 等长 平行 重合 共线向量 平行 ∥ 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 【教用·微提醒】　(1)单位向量有无数个，它们的方向并不确定，它们不一定相等；零向量也有无数个，它们的方向是任意的，不是没有方向． (2)两个空间向量相等的充要条件为长度相等，方向相同．但起点和终点未必相同． (3)空间向量不能比较大小． 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 [典例讲评]　1．(1)给出下列命题： ①零向量的方向是任意的；②若|a|＝|b|，则a，b的长度相等而方向相同或相反；③若空间向量a，b满足|a|＝|b|，则a＝b；④空间中任意两个单位向量必相等． 其中正确命题的个数为(　　) A．4 B．3 C．2 D．1 √ 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 (2)(多选)下列命题为真命题的是(　　) A．若向量满足||＞||，则＞ B．将空间中所有的单位向量平移到同一个起点，则它们的终点构成一个球面 C．若空间向量m，n，p满足m＝n，n＝p，则m＝p D．在正方体ABCD-A1B1C1D1中，必有＝ √ √ √ 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 (1)D　(2)BCD　[(1)①零向量的方向是任意的，正确；②若|a|＝|b|，则a，b的长度相等而方向不存在确定关系，错误；③若空间向量a，b满足|a|＝|b|，但由于它们的方向不一定相同，故a，b不一定相等，错误；④空间中任意两个单位向量由于它们的方向不一定相同，故它们不一定相等，错误． 故选D． (2)对于A，向量不能比较大小，故A是假命题； 对于B，若将空间中所有的单位向量移到同一个起点，则它们的终点构成一个球面，故B是真命题； 对于C，向量的相等满足传递性，故C是真命题； 对于D，与的方向相同，模相等，所以＝，故D是真命题．故选BCD．] 反思领悟　空间向量的概念与平面向量的概念类似，平面向量的其他相关概念，如向量的模、相等向量、平行向量、相反向量、单位向量等都可以拓展为空间向量的相关概念． 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 [学以致用]　【链接教材P9习题1.1T1】 1．如图所示，在平行六面体ABCD-A′B′C′D′中，连接顶点的所有向量中，与向量相等的向量有______________________，与向量相反的向量有_____________________(要求写出所有适合条件的向量)． 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 　[根据相等向量、相反向量的定义知，与向量相等的向量有；与向量相反的向量有．] 【教材原题·P9习题1.1T1】 如图，在长方体ABCD-A′B′C′D′中，E，F分别为棱AA′，AB的中点． (1)写出与向量相等的向量； (2)写出与向量相反的向量； (3)写出与向量平行的向量． [答案]　(1)；(2)；(3)． 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 探究2　空间向量的加减运算 问题2　空间中的任意两个向量是否共面？为什么？ [提示]　共面，因为任意两个空间向量都可以平移到同一个平面内． 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 [新知生成] 加法 运算 三角形 法则 语言叙述 首尾____相接，首指向尾为和 图形 叙述 平行 四边形 法则 语言 叙述 共起点的两边为邻边作平行四边形，共起点对角线为和 图形 叙述 顺次 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 减法 运算 三角形 法则 语言 叙述 共起点，连____，方向指向____向量 图形 叙述 运算 律 交换律 a＋b＝b＋a 结合律 (a＋b)＋c＝a＋(b＋c) 终点 被减 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 【教用·微提醒】　若首尾相接的若干向量构成一个封闭图形，则＝或＋…＋＝0． 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 [典例讲评]　2．如图所示，已知平行六面体ABCD-A′B′C′D′，化简下列各式： (1)； (2)； (3)； (4)． 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 [解]　(1)＝＝． (2)＝＝． (3)＝＝＝． (4)＝＝＝． 反思领悟　空间向量加法、减法运算的两个技巧 (1)巧用相反向量：灵活运用相反向量可使向量首尾相接． (2)巧用平移：务必注意和向量、差向量的方向，必要时可采用空间向量的自由平移获得运算结果． 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 [学以致用]　2．如图，已知空间四边形ABCD，连接AC，BD，E，F，G分别是BC，CD，DB的中点，请化简以下式子，并在图中标出化简结果． (1)； (2)． 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 [解]　(1)＝＝＝，如图中向量． (2)如图，连接GF．＝＝＝＝，如图中向量． 探究3　空间向量的数乘运算 [新知生成] 定义 与平面向量一样，实数λ与空间向量a的乘积λa仍然是一个向量，称为空间向量的数乘 几何 意义 λ＞0 λa与向量a的方向____ λa的长度是a的长度的______倍 λ＜0 λa与向量a的方向____ λ＝0 λa＝0，其方向是任意的 运算律 结合律 λ(μa)＝__________ 分配律 (λ＋μ)a＝__________，λ(a＋b)＝__________ 相同 |λ| 相反 (λμ)a λa＋μa λa＋λb 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 【教用·微提醒】　(1)λ的正负影响着向量λa的方向，λ的绝对值的大小影响着λa的长度． (2)向量λa与向量a一定是共线向量． 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 [典例讲评]　【链接教材P5练习T4】 3．如图所示，在平行六面体ABCD-A1B1C1D1中，设＝a，＝b，＝c，M，N，P分别是AA1，BC，C1D1的中点，试用a，b，c表示以下各向量： (1)； (2)； (3)． 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 [解]　(1)因为P是C1D1的中点， 所以＝＝a＋ ＝a＋c＋＝a＋c＋b． (2)因为N是BC的中点，所以＝＝－a＋b＋＝－a＋b＋＝－a＋b＋c． (3)因为M是AA1的中点， 所以＝＝ ＝－a＋＝a＋b＋c， 又＝＝＝＝c＋a，所以＝＝a＋b＋c． [母题探究]　若将本例中“P是C1D1的中点”改为“P在线段C1D1上，且＝”，其他条件不变，如何表示？ [解]　因为P在线段C1D1上，且＝， 所以＝＝a＋ ＝a＋c＋＝a＋c＋b． 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 【教材原题·P5练习T4】 如图，已知四面体ABCD，E，F分别是BC，CD的中点．化简下列表达式，并在图中标出化简结果： (1)； (2))； (3))． [答案]　(1)；(2)；(3)．图略． 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 反思领悟　利用数乘运算进行向量表示的技巧 (1)数形结合：利用数乘运算解题时，要结合具体图形，利用三角形法则、平行四边形法则，将目标向量转化为已知向量． (2)明确目标：在化简过程中要有目标意识，巧妙运用中点性质． 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 [学以致用]　3．(多选)如图，四棱柱ABCD-A1B1C1D1中，M为CD1的中点，Q为CA1上靠近点A1的五等分点，则(　　) A．＝ B．2＝＋2 C．＝ D．5＝＋4 √ √ 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 BD　[四棱柱ABCD-A1B1C1D1中，M为CD1的中点，Q为CA1上靠近点A1的五等分点， 则＝＝)＝＝， 即2＝＋2，故A选项错误，B选项正确； ＝＝＝)＝)＝， 即5＝＋4，故C选项错误，D选项正确．故选BD．] 4．如图，P为矩形ABCD所在平面外一点，且PA⊥平面ABCD，M，N分别为PC，PD上的点，且＝x＋y＋z＝2＝，则x＋y＋z＝________． 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 　[因为＝2＝，则＝＝＝＝＝)－)＝)－)＝＝x＋y＋z， 所以x＝，y＝，z＝－，故x＋y＋z＝＝．] 【教用·备选题】　在平面四边形ABCD中，E，F分所成的比为λ，即＝＝λ，则有＝． (1)拓展到空间，写出空间四边形ABCD类似的命题，并加以证明； (2)在长方体ABCD-A1B1C1D1中，E，F分别为AB，A1C的中点，利用上述(1)的结论表示． 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 [解]　(1)在空间四边形ABCD中，E，F分所成的比为λ，即＝＝λ，则有＝．证明如下： ＝＝＝)＋)＝＝ ． (2)由(1)的结论可得＝＝． 应用迁移 随堂评估自测 1．(多选)下列说法中正确的是(　　) A．单位向量都相等 B．任一向量与它的相反向量都不相等 C．已知四边形ABCD，则它是平行四边形的充要条件是＝ D．“向量的模为0”是“一个向量的方向是任意的”的充要条件 √ √ 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 CD　[A不正确，单位向量的模均相等且为1，但方向并不一定相同；B不正确，零向量的相反向量仍是零向量，但零向量与零向量是相等的；易知C，D正确．故选CD．] 2．(教材P5练习T2改编)在棱柱ABCD-A1B1C1D1中，＝(　　) A． C． √ B　[＝＝． 故选B．] 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 3．(教材P15习题1.2T3改编)如图，在三棱锥O-ABC中，＝＝，若＝a，＝b，＝c，则＝(　　) A．a－b－c B．a－b－c C．a－b－c D．a－b－c √ C　[＝＝－＝－)－＝＝a－b－c．故选C．] 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 4．已知空间中任意四点A，B，C，D，则＝________． 　[＝＝．] 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 1．知识链：       2．方法链：类比、三角形法则、平行四边形法则、数形结合思想． 3．警示牌：抓住向量的“大小”和“方向”两个要素，并注意它是一个“量”，而不是一个数． 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 回顾本节知识，自主完成以下问题： 1．平面向量的有关概念与约定推广到空间中后得到相应空间向量的有关概念与约定，它们有什么不同之处？ [提示]　适用范围不同，一个在平面内，一个在空间中． 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 2．空间向量的线性运算是指空间向量的哪几种运算？有何运算律？ [提示]　加法运算、减法运算、数乘运算． 交换律：a＋b＝b＋a； 结合律：(a＋b)＋c＝a＋(b＋c)，λ(μa)＝(λμ)a； 分配律：(λ＋μ)a＝λa＋μa，λ(a＋b)＝λa＋λb． 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 章末综合测评(一)　动量守恒定律 题号 1 3 5 2 4 6 8 7 9 10 11 12 13 一、选择题 1．已知A，B，C，D是空间中互不相同的四个点，则＝(　　) A．　　B．　　C．D． 课时分层作业(一)　空间向量及其线性运算 √ B　[＝＝＝．故选B．] 48 题号 2 1 3 4 5 6 8 7 9 10 11 12 13 2．(多选)下列关于空间向量的命题中，不正确的是(　　) A．长度相等、方向相同的两个向量是相等向量 B．平行且模相等的两个向量是相等向量 C．若a≠b，则|a|≠|b| D．两个向量相等，则它们的起点与终点相同 √ √ √ 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 49 BCD　[对于A，由相等向量的定义，长度相等、方向相同的两个向量是相等向量，A正确； 对于B，平行且模相等的两个向量也可能是相反向量，B错误； 对于C，若两个向量不相等，但模仍可能相等，例如不共线的单位向量，C错误； 对于D，相等向量只要求长度相等、方向相同，而表示两个向量的有向线段的起点不要求相同，D错误． 故选BCD．] 题号 2 1 3 4 5 6 8 7 9 10 11 12 13 50 3．已知空间四边形ABCD，G是CD的中点，连接AG，则)＝(　　) A． C． 题号 2 1 3 4 5 6 8 7 9 10 11 12 13 √ 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 51 A　[在△BCD中，连接BG(图略)．∵G是CD的中点，∴)＝， ∴)＝＝． 故选A．] 题号 2 1 3 4 5 6 8 7 9 10 11 12 13 52 4．(多选)在正方体ABCD-A1B1C1D1中，AC1的中点为O，则下列结论不正确的是(　　) A．与是一对相等向量 B．与是一对相反向量 C．与是一对相等向量 D．与是一对相反向量 √ 题号 2 1 3 4 5 6 8 7 9 10 11 12 13 √ √ 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 53 ABC　[据图可知，选项A，D的两向量互为相反向量； ＝＝＝， ∴选项B的两向量不是相反向量； ＝＝， 和互为相反向量， ∴选项C的两向量互为相反向量； 选项D的两向量互为相反向量． 故选ABC．] 题号 2 1 3 4 5 6 8 7 9 10 11 12 13 54 二、填空题 5．已知空间中任意四个点A，B，C，D，则＋2＝________． 题号 2 1 3 4 5 6 8 7 9 10 11 12 13 　[＋2＝＋2＝＋2＝＋2＝．] 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 55 6．已知四面体OABC，M，N分别是BC，OA的中点，且＝a，＝b，＝c，则向量＝__________(用a，b，c表示)． 题号 2 1 3 4 5 6 8 7 9 10 11 12 13 a－b－2c　[因为M，N分别是BC，OA的中点，且＝a，＝b，＝c， 则＝＝)，所以＝－2＝a－b－2c．] a－b－2c 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 56 7．已知正方体ABCD-A1B1C1D1中，＝，若＝x＋y()，则x＝________，y＝________． 题号 2 1 3 4 5 6 8 7 9 10 11 12 13 1　　[因为＝＝＝)，所以x＝1，y＝．] 1 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 57 三、解答题 8．(源自北师大版教材)如图所示，已知平行六面体ABCD-A′B′C′D′，化简下列向量表达式，并在图中标出化简后的结果所对应的向量． (1)； (2)； (3))． 题号 2 1 3 4 5 6 8 7 9 10 11 12 13 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 58 [解]　(1)＝＝＝． (2)＝＝＝＝． (3)设点M为CB′的中点，则 ) ＝)＝＝． 化简后所对应的向量如图所示． 题号 2 1 3 4 5 6 8 7 9 10 11 12 13 59 √ 9．如图，在三棱锥O-ABC中，＝a，＝b，＝c，点N为BC的中点，点M满足＝2，则＝(　　) A．a－b－c B．－a＋b＋c C．－a＋b＋c D．a－b＋c 题号 2 1 3 4 5 6 8 7 9 10 11 12 13 B　[由题意知＝ ＝)－＝b＋c－a．故选B．] 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 60 10．(多选)如图，在四面体ABCD中，点E，F分别为BC，CD的中点，则(　　) A．＝ B．＝ C．＝ D．)＝ √ 题号 2 1 3 4 5 6 8 7 9 10 11 12 13 √ √ 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 61 ACD　[因为E，F分别为BC，CD的中点， 所以由中位线性质可知＝，故A正确； 若＝可得＝＝，由图可知不共线，矛盾，故B错误； 因为＝＝，故C正确； 因为E为BC的中点，故＝)， 则)＝＝，故D正确．故选ACD．] 题号 2 1 3 4 5 6 8 7 9 10 11 12 13 62 11．光岳楼，又称“余木楼”“鼓楼”“东昌楼”，其墩台为砖石砌成的正四棱台，直观图如图所示，其中AB与EF之比约为9∶10，则＝________． 题号 2 1 3 4 5 6 8 7 9 10 11 12 13 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 63 　[如图，延长EA，FB，GC，HD相交于一点O，则＝＝，且＝，∴＝＝＝＝＝．] 题号 2 1 3 4 5 6 8 7 9 10 11 12 13 64 12．如图所示，已知正方体ABCD-A′B′C′D′，E，F分别是上底面A′B′C′D′和侧面CDD′C′的中心，求下列各式中x，y的值： (1)＝x()； (2)＝＋x＋y； (3)＝＋x＋y． 题号 2 1 3 4 5 6 8 7 9 10 11 12 13 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 65 [解]　如图所示，连接A′C′，C′D， (1)正方体ABCD-A′B′C′D′中，＝， 所以x＝1． (2)＝＝ ＝＝， 所以x＝，y＝． (3)＝＝＝)＝，所以x＝，y＝． 题号 2 1 3 4 5 6 8 7 9 10 11 12 13 66 13．如图，已知平行六面体ABCD-A′B′C′D′． (1)化简，并在图中标出其结果； (2)设M是底面ABCD的中心，N在侧面BCC′B′的对 角线BC′上，且＝，设＝α＋β＋ γ，试求α，β，γ的值． 题号 2 1 3 4 5 6 8 7 9 10 11 12 13 课时分层作业 应用迁移 探究建构 第1课时　空间向量及其线性运算 67 [解]　(1)如图，取AA′的中点E，在D′C′上取一点F，使D′F＝2FC′，连接EF，则＝． (2)因为＝＝ ＝)＋) ＝， 所以α＝，β＝，γ＝． 题号 2 1 3 4 5 6 8 7 9 10 11 12 13 68 $$