11.4.1 第2课时 直线与平面垂直的性质及线面角 课后达标检测(Word练习)-【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中数学必修第四册(人教B版)

2026-05-01
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内容正文:

1.已知两条直线a,b和平面α,且a⊥α,则下列说法错误的是(  ) A.若b⊥a,则b∥α B.若b⊥α,则b∥a C.若b∥α,则b⊥a D.若b∥a,则b⊥α 解析:选A.若b⊥a,则b∥α或b⊂α,A错误;由线面垂直的性质定理可知B正确;若b∥α,则b⊥a,C正确;若b∥a,a⊥α,则b⊥α,D正确. 2.直线l与平面α所成的角为70°,直线l∥m,则m与α所成的角为(  ) A.20° B.70° C.90° D.110° 解析:选B.因为l∥m,所以直线l与平面α所成的角等于m与α所成的角,又直线l与平面α所成的角为70°,所以m与α所成的角为70°. 3.在空间中,到圆周上各点距离相等的点的集合表示的图形是(  ) A.一个点 B.一条直线 C.一个平面 D.一个球面 解析:选B.过圆的圆心作此圆所在平面的垂线,则垂线上的点到圆周上各点的距离相等,所以到圆周上各点距离相等的点的集合表示的图形是一条直线.故选B. 4.在三棱锥P­ABC中,PO⊥平面ABC,垂足为O,且PA=PB=PC,则点O一定是△ABC的 (  ) A.内心 B.外心 C.重心 D.垂心 解析:选B.如图所示,分别连接OA,OB,OC,因为PO⊥平面ABC,可得PO⊥OA,PO⊥OB,PO⊥OC,又因为PA=PB=PC,利用勾股定理,可得OA=OB=OC,所以点O一定是△ABC的外心.故选B. 5.已知在长方体ABCD­A1B1C1D1中,AB=BC=2,AA1=1,则AC1与平面ABCD所成的角的余弦值为(  ) A. B. C. D. 解析:选C.连接AC,如图所示.在长方体ABCD­A1B1C1D1中,CC1⊥平面ABCD, 则AC1与平面ABCD所成的角为∠CAC1.因为CC1⊥平面ABCD,AC⊂平面ABCD,所以CC1⊥AC.因为AC==2,AC1==3,所以cos ∠CAC1==,即AC1与平面ABCD所成的角的余弦值为. 6.(多选)如图,四边形ABCD是矩形,沿对角线BD将△ABD折起到△A′BD,且A′在平面BCD上的射影O恰好在CD上,则下列结论正确的是(  ) A.A′C⊥BD B.A′D⊥BC C.A′C⊥BC D.A′D⊥A′B 解析:选BCD.因为四边形ABCD是矩形,且A′在平面BCD上的射影O恰好在CD上,所以A′O⊥平面BCD,又BC⊂平面BCD,所以BC⊥A′O,又BC⊥CD,且CD∩A′O=O,CD,A′O⊂平面A′CD,所以BC⊥平面A′CD.因为A′D,A′C⊂平面A′CD,所以BC⊥A′D,BC⊥A′C.显然,由矩形ABCD,易知A′B⊥A′D,故B,C,D正确.假设A′C⊥BD,因为A′O⊥平面BCD,BD⊂平面BCD,所以A′O⊥BD.又A′C∩A′O=A′,A′C,A′O⊂平面A′CD,所以BD⊥平面A′CD,因为CD⊂平面A′CD,所以BD⊥CD,显然不成立,所以假设不成立,故A错误. 7.如图,已知AF⊥平面ABCD,DE⊥平面ABCD,且AF=DE,AD=6,则EF=__________. 解析:因为AF⊥平面ABCD,DE⊥平面ABCD,所以AF∥DE.因为AF=DE,所以四边形ADEF是平行四边形,所以EF=AD=6. 答案:6 8.(2025·大连期末)如图,在三棱锥P­ABC中,PA⊥平面ABC,D是侧面PBC上的一点,过点D作平面ABC的垂线DE,其中D∉PC,则DE与平面PAC的位置关系是__________. 解析:因为DE⊥平面ABC,PA⊥平面ABC,所以DE∥PA.又DE⊄平面PAC,PA⊂平面PAC,所以DE∥平面PAC. 答案:平行 9.在长方体ABCD­A1B1C1D1中,正方形ABCD的面积为16,AC1与平面BB1C1C所成的角为30°,则该长方体的体积为________. 解析:因为S正方形ABCD=16,所以AB=CB=4, 因为AB⊥平面BB1C1C,故∠AC1B为AC1与平面BB1C1C所成的角,即∠AC1B=30°. 从而BC1==4, CC1==4. 故该长方体的体积V=16×4=64. 答案:64 10.(13分)(2025·日照期末)如图,在正方体ABCD­A1B1C1D1中,E是BC1的中点. (1)求证:BC1⊥平面CDE;(6分) (2)求直线DE与平面ABCD所成角的正切值.(7分) 解:(1)证明:连接B1E,在正方体ABCD­A1B1C1D1中,E是BC1的中点, 所以E也是B1C的中点,且B1C⊥BC1,即EC⊥BC1, 因为DC⊥平面BCC1B1,BC1⊂平面BCC1B1, 所以DC⊥BC1, 又DC∩EC=C,DC,EC⊂平面CDE,所以BC1⊥平面CDE. (2)过点E作EF⊥BC,交BC于点F,连接DF,在正方体ABCD­A1B1C1D1中,CC1⊥平面ABCD,EF∥CC1, 所以EF⊥平面ABCD, 又DF⊂平面ABCD,所以EF⊥DF, 所以∠EDF是直线DE与平面ABCD所成的角. 由题意,设CC1=CB=CD=2a, 则EF=CC1=a, CF=CB=a,所以DF=a, 所以在Rt△DEF中,tan ∠EDF===. 所以直线DE与平面ABCD所成角的正切值为. 11.(2024·新课标Ⅱ卷)已知正三棱台ABC­A1B1C1的体积为,AB=6,A1B1=2,则A1A与平面ABC所成角的正切值为(  ) A. B.1 C.2  D.3 解析:选B.设正三棱台ABC­A1B1C1的高为h,三条侧棱延长后交于一点P,作PO⊥平面ABC于点O,PO交平面A1B1C1于点O1,连接OA,O1A1,如图所示.由AB=3A1B1,可得PO1=h,PO=h,又S△A1B1C1=×22×=,S△ABC=×62×=9,所以正三棱台ABC­A1B1C1的体积V=V三棱锥P­ABC-V三棱锥P­A1B1C1=×9×h-××h=,解得h=,故PO=h=2.由正三棱台的性质可知,O为△ABC的中心,则OA=×=2,因为PO⊥平面ABC,所以∠PAO是A1A与平面ABC所成的角,在Rt△PAO中,tan ∠PAO==1.故选B. 12.(多选)(2025·济南月考)如图所示是一个以AB为直径,点S为圆心的半圆,其半径为4,F为线段SA的中点,其中C,D,E是半圆圆周上的三个点,且把半圆的圆周分成了弧长相等的四段,若将该半圆围成一个以S为顶点的圆锥的侧面,则在该圆锥中下列选项正确的是(  ) A.△CEF为直角三角形 B.SA⊥平面CEF C.SD∥平面CEF D.点D到平面CEF的距离为 解析:选ACD.由题意得到的圆锥如图所示,连接AD,EC交于点O,则O为底面圆的圆心,连接SO,FO, 设圆锥底面半径为r,则2πr=4π, 所以r=2,所以CE=4, SO==2. 因为F为线段SA的中点,O为线段AD的中点, 所以FO∥SD,且FO=SD=2=CE,所以∠CFE=90°, 即△CEF为等腰直角三角形,故选项A正确; 若SA⊥平面CEF,因为FO⊂平面CEF,则SA⊥FO, 在Rt△SOA中,AO=FO=AF=2,所以∠OFA=60°,故选项B错误; 因为FO∥SD,FO⊂平面CEF,SD⊄平面CEF, 所以SD∥平面CEF,故选项C正确; 设点D到平面CEF的距离为d, 连接DE,DF,CD,由V三棱锥D­CEF=V三棱锥F­CDE, 得×d××4×2=×××4×2,解得d=, 即点D到平面CEF的距离为,故选项D正确. 13.(15分)如图,在平面四边形ABCD中,AB=8,CD=3,AD=5,∠ADC=90°,∠BAD=30°,E,F分别是AD,AB上的点,且满足AE=AD,AF=AB,将△AEF沿EF翻折至△PEF,使得PC=4. (1)证明:EF⊥PD;(7分) (2)求五棱锥P­BCDEF的体积.(8分) 解:(1)证明:由AB=8,AD=5,AE=AD,AF=AB, 得AE=2,AF=4,又∠BAD=30°, 在△AEF中,由余弦定理得 EF= ==2, 所以AE2+EF2=AF2,则AE⊥EF,即EF⊥AD, 所以翻折后有EF⊥PE,EF⊥DE,又PE∩DE=E,PE,DE⊂平面PDE, 所以EF⊥平面PDE,又PD⊂平面PDE,故EF⊥PD. (2)由(1)知PE=AE=2,ED=3,因为CD⊥AD,EF⊥AD,所以CD∥EF,又EF⊥PD, 所以CD⊥PD,PD==, 且PE2+ED2=PD2,所以PE⊥ED,由(1)知EF⊥PE, 又EF∩ED=E,EF,ED⊂平面BCDEF, 所以PE⊥平面BCDEF,PE即为五棱锥P­BCDEF的高. 过点B作BG∥EF交DE于点G,则BG∥CD,BG⊥ED,又AF=AB,所以BG=2EF=4,EG=AE=2, S五边形BCDEF=S梯形EFBG+S梯形CDGB=××2+××=, V五棱锥P­BCDEF=S五边形BCDEF×PE=××2=19. 14.(15分)(2025·德州期末)如图,在正四棱柱ABCD­A1B1C1D1中,AB=1,AA1=2,M是DD1的中点. (1)证明:AC⊥BD1;(5分) (2)证明:BD1∥平面AMC;(5分) (3)求BD1到平面AMC的距离.(5分) 解:(1)证明:连接BD.在正四棱柱ABCD­A1B1C1D1中,DD1⊥平面ABCD,AC⊂平面ABCD, 所以DD1⊥AC, 又在正方形ABCD 中,BD⊥AC, 且DD1∩BD=D,DD1,BD⊂平面 BDD1, 所以AC⊥平面BDD1, 又BD1⊂平面BDD1, 所以AC⊥BD1. (2)证明:设AC∩BD=O,连接OM, 因为四边形ABCD 是正方形, 所以O为BD的中点, 又M为DD1的中点, 所以OM∥BD1,又OM⊂平面AMC,BD1⊄平面AMC,所以BD1∥平面AMC. (3)由(2)知BD1到平面AMC的距离就是点D1到平面AMC的距离,又因为M是DD1的中点,所以即求点D到平面AMC的距离. 令点D到平面AMC的距离为h,所以V三棱锥D­AMC=V三棱锥M­ADC, 即S△AMC·h=S△ADC·DM, 因为AB=1,AA1=2,M是DD1的中点, 所以DM=1,AM=MC=,AC=, 即S△AMC=×()2=, 所以h=×1×1×1,解得h=, 即BD1到平面AMC的距离为 . 15.(多选)如图,等边三角形ABC的边长为1,BC边上的高为AD,沿AD把△ABD折起来,得到△AB′D,则(  ) A.在折起的过程中始终有AD⊥平面DB′C B.三棱锥A­DB′C的体积的最大值为 C.当∠B′DC=60°时,点A到B′C的距离为 D.当∠B′DC=90°时,点C到平面ADB′的距离为 解析:选ABC.因为AD⊥DC,AD⊥DB′,且DC∩DB′=D,DC,DB′⊂平面DB′C,所以AD⊥平面DB′C,故A正确;当DB′⊥DC时,△DB′C的面积最大,此时三棱锥A­DB′C的体积也最大,最大值为××××=,故B正确;当∠B′DC=60°时,△DB′C是等边三角形,设B′C的中点为E,连接AE(图略),则AE⊥B′C,即AE为点A到B′C的距离,AE==,故C正确;当∠B′DC=90°时,CD⊥DB′,CD⊥AD,且DB′∩AD=D,DB′,AD⊂平面ADB′,故CD⊥平面ADB′,则CD就是点C到平面ADB′的距离,则CD=,故D不正确. 学科网(北京)股份有限公司 $

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