2022年高考数学真题分类汇编专题11:立体几何及答案.docx

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1、2022年高考数学真题分类汇编专题11:立体几何一、单选题1(2022浙江)某几何体的三视图如图所示(单位: cm ),则该几何体的体积(单位: cm3 )是() A22B8C223D1632(2022浙江)如图,已知正三棱柱 ABCA1B1C1,AC=AA1 ,E,F分别是棱 BC,A1C1 上的点记 EF 与 AA1 所成的角为 , EF 与平面 ABC 所成的角为 ,二面角 FBCA 的平面角为 ,则() ABCD3(2022新高考卷)正三棱台高为1,上下底边长分别为 33 和 43 ,所有顶点在同一球面上,则球的表面积是() A100B128C144D1924(2022全国甲卷)如图,

2、网格纸上绘制的是一个多面体的三视图,网格小正方形的边长为1,则该多面体的体积为() A8B12C16D205(2022全国甲卷)甲、乙两个圆锥的母线长相等,侧面展开图的圆心角之和为 2 ,侧面积分别为 S甲 和 S乙 ,体积分别为 V甲 和 V乙 若 S甲S乙=2 ,则 V甲V乙= () A5B22C10D51046(2022全国甲卷)在长方体 ABCDA1B1C1D1 中,已知 B1D 与平面 ABCD 和平面 AA1B1B 所成的角均为 30 ,则() AAB=2ADBAB与平面 AB1C1D 所成的角为 30CAC=CB1DB1D 与平面 BB1C1C 所成的角为 457(2022全国乙

3、卷)在正方体 ABCDA1B1C1D1 中,E,F分别为 AB,BC 的中点,则() A平面 B1EF 平面 BDD1B平面 B1EF 平面 A1BDC平面 B1EF 平面 A1ACD平面 B1EF 平面 A1C1D8(2022全国乙卷)已知球O的半径为1,四棱锥的顶点为O,底面的四个顶点均在球O的球面上,则当该四棱锥的体积最大时,其高为() A13B12C33D229(2022北京)已知正三棱锥 PABC 的六条棱长均为6, S 是 ABC 及其内部的点构成的集合,设集合 T=QS|PQ5 ,则 T 表示的区域的面积为()A34BC2D310(2022新高考卷)已知正四棱锥的侧棱长为 l ,

4、其各顶点都在同一球面上.若该球的体积为36 ,且 3l33, 则该正四棱锥体积的取值范围是() A18,814B274,814C274,643D18,2711(2022新高考卷)南水北调工程缓解了北方一些地区水资源短缺问题,其中一部分水蓄入某水库。知该水库水位为海拔148.5m时,相应水面的面积为 140.0km2; 水位为海拔157.5m时,相应水面的面积为 180.0km2. 将该水库在这两个水位间的形状看作一个棱台,则该水库水位从海拔148.5m上升到157.5m时,增加的水量约为() (72.65)A1.0109m3B1.2109m3C1.4109m3D1.6109m312(2022浙

5、江学考)某几何体的三视图如图所示,则这个几何体可能是() A棱柱B圆柱C圆台D球13(2022浙江学考)如图,正方体 ABCDA1B1C1D1 中,N是棱 DD1 的中点,则直线CN与平面 DBB1D1 所成角的正弦值等于() A12B105C155D215514(2022上海)如图,上海海关大楼的上面可以看作一个正四棱柱,四个侧面有四个时钟,则相邻两个时钟的时针从0时转到12时(含0时不含12时)的过程中,能够相互垂直()次A0B2C4D12二、多选题15(2022新高考卷)如图,四边形 ABCD 为正方形, ED 平面 ABCD , FBED,AB=ED=2FB ,记三棱锥 EACD ,

6、FABC , FACE 的体积分别为 V1,V2,V3 ,则() AV3=2V2BV3=2V1CV3=V1+V2D2V3=3V116(2022新高考卷)已知正方体 ABCDA1B1C1D1, 则() A直线 BC1 与 DA1 所成的角为 90B直线 BC1 与 CA1 所成的角为 90C直线 BC1 与平面 BB1D1D 所成的角为 45D直线 BC1 与平面ABCD所成的角为 45三、填空题17(2022浙江学考)如图,E,F分别是三棱锥V-ABC两条棱AB,VC上的动点,且满足 EF=2xAV+yBC(x0,y0) 则 x2+y2 的最小值为 . 四、解答题18(2022浙江)如图,已知

7、 ABCD 和 CDEF 都是直角梯形, ABDC , DCEF , AB=5 , DC=3 , EF=1 , BAD=CDE=60 ,二面角 FDCB 的平面角为 60 设M,N分别为 AE,BC 的中点 ()证明: FNAD ;()求直线 BM 与平面 ADE 所成角的正弦值19(2022新高考卷)如图, PO 是三棱锥 PABC 的高, PA=PB , ABAC ,E是 PB 的中点 (1)求证: OE 平面 PAC ; (2)若 ABO=CBO=30 , PO=3 , PA=5 ,求二面角 CAEB 的正弦值 20(2022全国乙卷)如图,四面体 ABCD 中, ADCD,AD=CD,

8、ADB=BDC ,E为AC的中点 (1)证明:平面 BED 平面ACD; (2)设 AB=BD=2,ACB=60 ,点F在BD上,当 AFC 的面积最小时,求三棱锥 FABC 的体积 21(2022全国甲卷)在四棱锥 PABCD 中, PD 底面 ABCD,CDAB,AD=DC=CB=1,AB=2,DP=3 (1)证明: BDPA ;(2)求PD与平面 PAB 所成的角的正弦值22(2022全国甲卷)小明同学参加综合实践活动,设计了一个封闭的包装盒,包装盒如图所示:底面 ABCD 是边长为8(单位:cm)的正方形, EAB,FBC,GCD,HDA 均为正三角形,且它们所在的平面都与平面 ABC

9、D 垂直 (1)证明: EF 平面 ABCD ; (2)求该包装盒的容积(不计包装盒材料的厚度)23(2022全国乙卷)如图,四面体 ABCD 中, ADCD,AD=CD,ADB=BDC ,E为 AC 的中点 (1)证明:平面 BED 平面 ACD ; (2)设 AB=BD=2,ACB=60 ,点F在 BD 上,当 AFC 的面积最小时,求 CF 与平面 ABD 所成的角的正弦值 24(2022北京)如图,在三棱柱 ABCA1B1C1 中,侧面 BCC1B1 为正方形,平面 BCC1B1 平面 ABB1A1 , AB=BC=2 , M,N 分别为 A1B1 , AC 的中点 (I)求证: MN

10、/ 平面 BCC1B1 ;(II)再从条件、条件这两个条件中选择一个作为已知,求直线 AB 与平面 BMN 所成角的正弦值。条件: ABMN ;条件: BM=MN 注:如果选择条件和条件分别解答,按第一个解答计分。25(2022新高考卷)如图,直三棱柱 ABCA1B1C1 的体积为4, A1BC 的面积为 22.(1)求A到平面 A1BC 的距离;(2)设D为 A1C 的中点, AA1=AB, 平面 A1BC 平面 ABB1A1, 求二面角 ABDC 的正弦值.26(2022上海)如图,在圆柱 OO1 中,底面半径为1, AA1 为圆柱母线. (1)若 AA1=4 ,M为 AA1 中点,求直线

11、 MO1 与底面的夹角大小;(2)若圆柱的轴截面为正方形,求该圆柱的侧面积和体积.答案解析部分1【答案】C2【答案】A3【答案】A4【答案】B5【答案】C6【答案】D7【答案】A8【答案】C9【答案】B10【答案】C11【答案】C12【答案】C13【答案】B14【答案】B15【答案】C,D16【答案】A,B,D17【答案】1518【答案】解:()过点E、D分别做直线 DC 、 AB 的垂线 EG 、 DH 并分别交于点交于点 G 、H四边形 ABCD 和 EFCD 都是直角梯形, AB/DC,CD/EF,AB=5,DC=3,EF=1 , BAD=CDE=60 ,由平面几何知识易知, DG=AH

12、=2,EFC=DCF=DCB=ABC=90 ,则四边形 EFCG 和四边形 DCBH 是矩形,在Rt EGD 和Rt DHA , EG=DH=23 ,DCCF,DCCB ,且 CFCB=C ,DC 平面 BCF,BCF 是二面角 FDCB 的平面角,则 BCF=60 ,BCF 是正三角形,由 DC 平面 ABCD ,得平面 ABCD 平面 BCF ,N 是 BC 的中点, FNBC ,又 DC 平面 BCF , FN 平面 BCF ,可得 FNCD ,而 BCCD=C ,FN 平面 ABCD ,而 AD 平面 ABCDFNAD () 由于 FN 平面ABCD,如图建系.于是 B(0,3,0),

13、A(5,3,0),F(0,0,3),E(1,0,3),D(3,3,0) ,则 M(3,32,32) .BM=(3,32,32),DA=(2,23,0),DE=(2,3,3).平面ADE的法向量 n=(3,1,3) .设BM与平面ADE所成角为,则 sin=|BMn|BM|n=5714 19【答案】(1)证明:连接 BO 并延长交 AC 于点 D ,连接 OA 、 PD , 因为 PO 是三棱锥 PABC 的高,所以 PO 平面 ABC , AO,BO 平面 ABC ,所以 POAO 、 POBO ,又 PA=PB ,所以 POAPOB ,即 OA=OB ,所以 OAB=OBA ,又 ABAC

14、,即 BAC=90 ,所以 OAB+OAD=90 , OBA+ODA=90 ,所以 ODA=OAD所以 AO=DO ,即 AO=DO=OB ,所以 O 为 BD 的中点,又 E 为 PB 的中点,所以 OE/PD ,又 OE 平面 PAC , PD 平面 PAC ,所以 OE/ 平面 PAC(2)解:过点 A 作 AFOP ,以AB为 x 轴,AC为 y 轴,AF为z轴建立如图所示的空问直角坐标系. 因为 PO=3,PA=5 ,由(1) OA=OB=4 ,义 ABO=CBO=30 ,所以, AB=43 ,所以 P(23,2,3),B(43,0,0) , A(0,0,0) , E(33,1,32

15、) ,设 AC=a ,则 C(0,a,0) ,平面AEB的法向量设为 n1=(x,y,z),AB=(43,0,0),AE=(33,1,32)ABn1=0AEn1=0 ,所以 43x=033x+y+32z=0 ,所以 x=0 ,设 z=2 ,则 y=3 ,所以 n1=(0,3,2) :平面AEC的法向量设为 n2=(x,y,z),AC=(0,a,0),AE=(33,1,32)ACn2=0AEn2=0 ,所以 ay=033x+y+32z=0 ,所以 y=0 ,设 x=3 ,则 z=6 ,阦以 n2=(3,0,6) :所以 cosn1,n2=n1n2|n1|n2|=121339=12133=4313

16、二面角 CAEB 的平面角为 ,则 sin=1cos2=1113 ,所以二面角 CAEB 的正弦值为 1113 。20【答案】(1)证明:由于 AD=CD , E 是 AC 的中点,所以 ACDE . 由于 AD=CDBD=BDADB=CDB ,所以 ADBCDB ,所以 AB=CB ,故 ACBD ,由于 DEBD=D , DE,BD 平面 BED ,所以 AC 平面 BED ,由于 AC 平面 ACD ,所以平面 BED 平面 ACD .(2)解:依题意 AB=BD=BC=2 , ACB=60 ,三角形 ABC 是等边三角形, 所以 AC=2,AE=CE=1,BE=3 ,由于 AD=CD,

17、ADCD ,所以三角形 ACD 是等腰直角三角形,所以 DE=1 .DE2+BE2=BD2 ,所以 DEBE ,由于 ACBE=E , AC,BE 平面 ABC ,所以 DE 平面 ABC .由于 ADBCDB ,所以 FBA=FBC ,由于 BF=BFFBA=FBCAB=CB ,所以 FBAFBC ,所以 AF=CF ,所以 EFAC ,由于 SAFC=12ACEF ,所以当 EF 最短时,三角形 AFC 的面积最小值.过 E 作 EFBD ,垂足为 F ,在 RtBED 中, 12BEDE=12BDEF ,解得 EF=32 ,所以 DF=12(32)2=12,BF=2DF=32 ,所以 B

18、FBD=34过 F 作 FHBE ,垂足为 H ,则 FH/DE ,所以 FH 平面 ABC ,且 FHDE=BFBD=34 ,所以 FH=34 ,所以 VFABC=13SABCFH=13122334=34 .21【答案】(1)证明:在四边形 ABCD 中,作 DEAB 于 E , CFAB 于 F ,因为 CD/AB,AD=CD=CB=1,AB=2 ,所以四边形 ABCD 为等腰梯形,所以 AE=BF=12 ,故 DE=32 , BD=DE2+BE2=3 ,所以 AD2+BD2=AB2 ,所以 ADBD ,因为 PD 平面 ABCD , BD 平面 ABCD ,所以 PDBD ,又 PDAD

19、=D ,所以 BD 平面 PAD ,又因 PA 平面 PAD ,所以 BDPA(2)解: 由(1)知,PD,AD,BD两两垂直, BD=AB2AD2=3 ,建立空间直角坐标系如图所示, 则 D(0,0,0),A(1,0,0),B(0,3,0),P(0,0,3),PD=(0,0,3),PA=(1,0,3),AB=(1,3,0),设平面PAB的法向量为 n=(x,y,z) ,则PAn=0ABn=0 即 x3z=0x+3y=0不妨设 y=z=1 ,则 n=(3,1,1) ,设PD与平面PAB的所成角为,则sin=|cosPD,n|=|PDn|PD|n|=|3|35=55,PD与平面PAB的所成的角的

20、正弦值为 55 .22【答案】(1)证明:分别取 AB,BC 的中点 M,N ,连接 MN , 因为 EAB,FBC 为全等的正三角形,所以 EMAB,FNBC , EM=FN ,又平面 EAB 平面 ABCD ,平面 EAB 平面 ABCD=AB , EM 平面 EAB ,所以 EM 平面 ABCD ,同理可得 FN 平面 ABCD ,根据线面垂直的性质定理可知 EM/FN ,而 EM=FN ,所以四边形 EMNF 为平行四边形,所以 EF/MN ,又 EF 平面 ABCD , MN 平面 ABCD ,所以 EF/ 平面 ABCD (2)解:分别取 AD,DC 中点 K,L , 由(1)知,

21、 EF/MN 且 EF=MN ,同理有, HE/KM,HE=KM , HG/KL,HG=KL , GF/LN,GF=LN ,由平面知识可知, BDMN , MNMK , KM=MN=NL=LK ,所以该几何体的体积等于长方体 KMNLEFGH 的体积加上四棱锥 BMNFE 体积的 4 倍因为 MN=NL=LK=KM=42 , EM=8sin60=43 ,点 B 到平面 MNFE 的距离即为点 B 到直线 MN 的距离 d , d=22 ,所以该几何体的体积 V=(42)243+413424322=1283+25633=64033 23【答案】(1)证明:因为 AD=CD ,E为 AC 的中点,

22、所以 ACDE ; 在 ABD 和 CBD 中,因为 AD=CD,ADB=CDB,DB=DB ,所以 ABDCBD ,所以 AB=CB ,又因为E为 AC 的中点,所以 ACBE ;又因为 DE,BE 平面 BED , DEBE=E ,所以 AC 平面 BED ,因为 AC 平面 ACD ,所以平面 BED 平面 ACD .(2)解:连接 EF , 由(1)知, AC 平面 BED ,因为 EF 平面 BED ,所以 ACEF ,所以 SAFC=12ACEF ,当 EFBD 时, EF 最小,即 AFC 的面积最小.因为 ABDCBD ,所以 CB=AB=2 ,又因为 ACB=60 ,所以 A

23、BC 是等边三角形,因为E为 AC 的中点,所以 AE=EC=1 , BE=3 ,因为 ADCD ,所以 DE=12AC=1 ,在 DEB 中, DE2+BE2=BD2 ,所以 BEDE .以 E 为坐标原点建立如图所示的空间直角坐标系 Exyz ,则 A(1,0,0),B(0,3,0),D(0,0,1) ,所以 AD=(1,0,1),AB=(1,3,0) ,设平面 ABD 的一个法向量为 n=(x,y,z) ,则 nAD=x+z=0nAB=x+3y=0 ,取 y=3 ,则 n=(3,3,3) ,又因为 C(1,0,0),F(0,34,34) ,所以 CF=(1,34,34) ,所以 cosn

24、,CF=nCF|n|CF|=62174=437 ,设 CF 与平面 ABD 所成的角的正弦值为 (02) ,所以 sin=|cosn,CF|=437 ,所以 CF 与平面 ABD 所成的角的正弦值为 437 .24【答案】(I)设点P为AB中点,由于P为AB中点,N为AC中点所以PN为 ABC 中位线 PN/BC又M为AB中点,PM是正方形 AA1B1B 的中位线所以 PM/BB1BB1/PMBC/PNBB1BC=BPMPN=P 面 BCC1B1 面 MPN又 MN 面 MPNMN/ 平面 BCC1B1(II)选择条件,面 BCC1B1 面 ABB1A1面 BB1C1C 面 ABC=BC ,面

25、 A1B1BA 面 ABC=ABBCAB又 NP/BCNPAB ,又由: MNABNPABMNABNPMN=N 面 MNPABPM 面 MNPPMAB故 AB,BC,BB1 两两垂直以B为原点, BC 为 x 轴正方向, BA 为 y 轴正方向, BB1 为 z 轴正方向建立坐标系B:(0,0,0),M:(0,1,2),N:(1,1,0),A:(0,2,0),BM=(0,1,2),BN=(1,1,0),AB=(0,2,0)则BMN的法向量 n=(2,2,1)AB与面BMN所成角的正弦等于 AB 与 n 所半余弦的绝对值,即 |ABn|AB|n|=|46|=23故所求正弦为 23 .25【答案】

26、(1)因为 VABCA,BC1=3VAABC=4 , 所以 VAABC=43 ,设A到平面 A1BC 的距离为h;则 VAAiBC1=13SAiBCh=43h=2(2)设D为 A1C 的中点,且 AA1=AB , 由于 平面A1BC平面ABB1A1平面ABC平面ABB1A1平面ABC平面A1BC=BC BC平面 ABB1A1因为 AB 平面 ABB1A1 ,所以 BCAB ,在直角 ABC 中, ABC=90 ,连接 A1B ,过A作 AHA1B ,则 AH 平面 A1BC ,而 BC 平面 ABB1A1 ,故 BCA1B .由 AA1=AB,AH=2 ,所以 AA1=AB=2,A1B=22

27、,由 A1BC=22=12A1BBCBC=2 ,以B为原点,向量 BC , BA , BB1 分别为x,y,z轴,建立如图所示的空间直角坐标系,则 C(2,0,0),A(0,2,0),A1(0,2,2),D(1,1,1),B(0,0,0)所以 BA=(0,2,0),BD=(1,1,1),BC=(2,0,0)设平面ABD的一个法向量 n=(x,y,z) ,nBA=0nBD=0y=0x+y+z=0 ,令 x=1 ,则有 n=(1,0,1) .设平面BCD的一个法向量 m=(x0,y0,z0) ,nBC=0nBD=0x0=0x0+y0+z0=0令 y=1 ,则有 n=(0,1,1)所以 cosn,m=nm|n|m|=122=12sinn,m=32所以二面角 ABDC 的正弦值为 32 .26【答案】(1)根据直线与平面所成角的定义,易知 直线MO1与底面的夹角为MO1A1 则由题意得tanMO1A1=A1MO1A1=2, 则MO1A1= arctan2 ;(2)设圆柱的底面圆的半径为r,高为h, 则因为圆柱的轴截面为正方形, 所以h=2r=2 所以圆柱的侧面积为2rh=212=4圆柱的体积为 r2h=122=2

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