高中数学空间几何综合问题练习

余年寄山水
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2020年08月16日 05:14
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高中数学空间几何综合问题练习





典例分析


组合体

【例1】 (2003京春)一个底面半径为
R
的圆柱形量杯中装有适量的 水.若放入一个半径为
r
的实心铁球,
水面高度恰好升高
r
,则R


r

【例2】 已知正四面体
ABCD
的表面积为
S
,其四个面的中心分别为
E

F< br>、
G

H
,设四面体
EFGH

表面积为< br>T
,则
1
A.
9

T
等于( )
S
4
B.
9
C.
1

4
1
D.
3
【例3】 有一个轴截面是边长为
4
的正方形的圆柱,将它的内部挖去一个与它同底等高的圆锥,求余下来
的几何体的表面积与体积.

【例4】 棱长为1的正方体
ABCDA
1
B
1
C
1
D
1
被以
A
为球心,
AB
为半径的 球相截,则被截形体的表面积为
( )
577
A.
π
B.
π
C.
π
D.
π

484

【例5】 已知正三棱锥
SABC,一个正三棱柱的上底面三顶点在棱锥的三条侧棱上,下底面在正三棱锥
的底面上,若正三棱锥的高 为
15
,底面边长为
12
,内接正三棱柱的侧面积为
120

⑴求正三棱柱的高;
⑵求正三棱柱的体积;
⑶求棱柱上底面所截棱锥与原棱锥的侧面积之比.


【例6】 (2008福建15) 若三棱锥的三个侧面两两垂直,且侧棱长均为
3
,则其外接球的表面积
是 .
- 1 -


A
D
C
B


【例7】 正方体全面积为
24
,求它的外接球和内切球的表面积.

【例8】 半球内有一个内接正方体,正方体的一个面在半球的底面圆内,若正方体棱长为
6< br>,则球的表
面积和体积的比为______.


【例9】 棱长为3的正方体的顶点都在同一球面上,则该球的表面积为______.



【例10】 (2007年天津理12)一个长方体的各顶点均在同一球面上,且一个顶点上的三条棱的 长分别为
1,2,3
则此球的表面积
__________



【例11】 (2008浙江卷14)如图,已知球
O
的球面上四点
A

B

C

D

DA
平面
ABC

ABBC

DAABBC3
,则球
O
点体积等于__________
D
A
C
B


【例12】 (2007全国文15)正四棱锥
SABCD
的底面边长与 各侧棱长都为
2
,点
S

A

B

C

D
都在同一球面上,则该球的体积为_______.
S
A
B
O
H
O'
D
C



【例13】 求球与它的外切圆柱、外切等边圆锥的体积之比.(等边圆锥是指轴截面是等边三角形的圆锥)

- 2 -



【例14】 设圆锥的底面半径为
2
,高为
3
,求:
⑴内接正方体的棱长;
⑵内切球的表面积.

【例15】 圆台的内切球半径为
R
,且圆 台的全面积和球面积之比为

r
1
r
2
).

【例16】 一个倒圆锥形容器,它的轴截面是正三角形,在容器内注入水,并放入一个半径为
r
的铁球,这
时水面恰好和球面相切.问将球从圆锥内取出后,圆锥内水平面的高是多少?


【例17】 (2009全国卷I)直三棱柱
ABCA
1B
1
C
1
的各顶点都在同一球面上,若
ABACAA
1
2

21
,求圆台的上,下底面半径
r
1
, r
2
8
BAC120°
,则此球的表面积等于 .


【例18】 (06四川卷文9)如图,正四棱锥
PABCD
底面的四个顶点
A,B,C,D
在球
O
的同一个大圆上,
16
,则球
O
的表面积是( )
3
A.

B.

C.
12π
D.
16π


P
在球面上,如果
V
PABCD

P
D
O
A
B
C


【例19】 正四面体棱长为
a
,求其外接球和内切球的表面积.

【例20】 如图所示,正四面体
ABCD
的外接球的体积为
43π
,求四面体的体积.

A
O
B
O
1
C
E


D

【例21】 (2008新课标海南宁夏文理)
- 3 -


一个六棱柱的底面是正六边形,其侧棱垂直底面.已知该六棱柱的顶点都在同一个球面上,且该< br>9
六棱柱的体积为,底面周长为
3
,那么这个球的体积为_________.
8

【例22】 如图,在等腰梯形
ABCD
中,
AB2 DC2,DAB60


E

AB
的中点,将
ADE

BEC

别沿
ED,EC
向上折起,使< br>A,B
重合于点
P
,则三棱锥
PDCE
的外接球的体积( )
D
C
A
A.
43


27

6

6

6

B. C. D.
2824
E
B


【例23】 (2008重庆理9)如图 ,体积为
V
的大球内有
4
个小球,每个小球的球面过大球球心且与大球球面有且只有一个交点,
4
个小球的球心是以大球球心为中心的正方形的
4
个顶点.
V
1
为小球相交
部分(图中阴影部分)的体积,
V
2
为大球内、小球外的图中黑色部分的体积,则下列关系中正确
的是( )
VV
B.
V
2


22
C.
V
1
V
2
D.
V
1
V
2



【例24】 (2 005全国Ⅱ,理12)将半径都为
1

4
个钢球完全装入形状为正四面体的 容器里,这个正四面体
A.
V
1

的高的最小值为( )
A.

326

3
26

3
26

3
4326

3

B.
2
C.
4
D.
综合问题
与三视图、直观图综合
【例1】 若一个正三棱柱的三视图如图所示,则这个正三棱柱的表面积为( )
A.
183
B.
153
C.
2483
D.
24163

- 4 -


23
2
主视图
左视图
俯视图


【例25】
若一个正三棱柱的三视图如图所示,则这个正三棱柱的体积为_______.
23
2
主视图
左视图
俯视图



【例26】 (2009宁夏海南卷理)一个棱锥的三视图如图,则该棱锥的全面积(单位:
c m
2
)为(
3
3
4
4
6
6
63
6

A.
48122
B.
48242

C.
36122
D.
36242



【例27】
(2010年丰台一模)
若一个正三棱柱的三视图及其尺寸如下图所示(单位:
cm
),
3
主视图
26
侧视图
俯视图

则该几何体的体积是
cm
3


【例28】
(2010石景山一模)
一个几何体的三视图如图所示,那么此几何体的侧面积(单位:
cm
2
)为( )
A.
80
B.
60
C.
40
D.
20

- 5 -





【例29】
(2010年东城一模)
下图是一个几何体的三视图,则该几何体的体积为 .
2
2正(主)视图
1
1
2
俯视图
2
侧(左)视图


【例30】
(2010年东城一模)
已知某几何体的三视图如下图所示,则该几何体的表面积是( )
A.
622
B.
62
C.
522
D.
52

2
1
主视 图
1
1
俯视图
2
1
侧视图


【例31】
(2010年宣武一模)
若某几何体的三视图(单位:cm)如图所示,则此几何体的体积是
cm
3

- 6 -


2
1
2< br>正视图
左视图
1
1
俯视图
10题图




【例32】 右图是一个几何体的三视图,根据图中数据,可得该几何体的表面积是________.
2
4
俯视图主视图
4
左视图


【例33】
(2010年崇文一模)
有一个几何体的三视图及其尺寸如图(单位:
cm
),该几何体的表面积和体积为( )
A.
24πcm
2
,12πcm
3
B.
15πcm
2
,12πcm
3

C.
24πcm
2
,36πcm
3
D.以上都不正确
5
6
正(主)视图
侧(左)视图
俯视图


【例34】
(朝阳·文·题12)
如下图所示,一个空间几何体的正视 图和侧视图是边长为1的正方形,俯视图是一个直径为1的
圆,那么这个几何体的全面积为 .
- 7 -


正视图
侧视图
俯视图



【例35】 (2010天津高考)一个几何体的三视图如图所示,则这个几何体的体积为
1
2
1
正视图
2
2
俯视图
1
2< br>1
侧视图




【例36】 (2010浙江高考)若某几何体的三视图(单位:
cm
)如图所示,则此几何体的体积是
cm
3

2
4
2
2
3
正视图< br>2
4
2
俯视图
(第12题)
侧视图


【例37】
(2010年崇文二模)
一个几何体的三视图如图所示,则这个几何体的体积等于( )
- 8 -



2
2
正(主)视图
2
侧(左)视图
4
俯视图

B.
83

3
A.
12



C.
56

3
D.
4

【例38】
(2010年朝阳二模)
一个几何体的三视图如图所示,则此几何体的体积是 ( )
A.
112
B.
80
C.
72
D.
64

3
4
4
正视图侧视图
4
俯视图



【例39】 已知某几何体的俯视图是如图所示的矩形,正视图(或称主视图)是一个底边长 为8、高为4的
等腰三角形,侧视图(或称左视图)是一个底边长为6、高为4的等腰三角形.
⑴求该几何体的体积
V

⑵求该几何体的侧面积
S

6
8

- 9 -




【例40】 已知某个几何体的三视图如下,根据图中标出的尺寸,
20
20
20
主视图
10
10
20
左视图

可得这个几何体的体积是_______.



【例41】 ( 2009扬州中学高三期末)一个三棱锥的三视图是三个直角三角形,如图所示,则该三棱锥的外
接球的 表面积为 .
3
4
2
俯视图


【例42】 (2008山东文理6)右图是一个几何体的三视图,根据图中数据,可得该几何体的表面积是( )
2

3
2
正(主)视图
2
侧(左)视图
俯 视图
A.


C.
11π

B.
10π

D.
12π




【例43】 已知一个几何体的主视图及左视图均是边长为
2
的正三角形,俯视图是直 径为
2
的圆,如图,则
此几何体的外接球的表面积为 .
主视图
左视图
俯视图


【例44】 (2008新课标海南宁夏)
- 10 -


如下的三个图中,上面的是一个 长方体截去一个角所得多面体的直观图,它的正视图和侧视图在
下面画出(单位:
cm
).
⑴在正视图下面,按照画三视图的要求画出该多面体的俯视图;
⑵按照给出的尺寸,求该多面体的体积;
⑶在所给直观图中连结
BC
,证明:
BC



EFG

D'
G
F
B'
C
B
6
2
2
4
C'E
A
2
D
正视图
4
侧视图



【例45】 一个多面体的直观图及三视图如图所示:(其中M、N分别是AF、BC的中点).
D
C
E
M
A
2
2
22
直观图
B
NF
2
2
2
三视图
2
⑴求证:MN∥平面CDEF;
⑵求多面体A—CDEF的体积.

其他问题


【例46】 已知一个全面积为24的正方体,有一个与每条棱都相切的球,此球的体积为 .

【例47】 有一塔形几何体由若干个正方体构成,构成方式如图所示,上层正方体下底 面的四个顶点是下层
正方体上底面各边的中点.已知最底层正方体的棱长为2,且该塔形的表面积(包括 上下底面面
- 11 -


积)超过39,则该塔形中正方体的个数至少是( )
A.4 B.5 C.6 D.7


【例48】 (2001年全国高考)一间民房的屋顶有如下图三种不同的盖法:①单向倾斜;②双向倾 斜;③四
向倾斜.记三种盖法屋顶面积分别为
P
若屋顶斜面与水平面所成的角都是a
,则( )
1

P
2

P
3< br>.
A.
P
3
P
2
P
1

C.
P
3
P
2
P
1







B.
P
3
P
2
P
1

D.
P
3
P
2
P
1



杂题

【例49】 (2008江西)如图1,一个正四棱柱形的密闭容 器底部镶嵌了同底的正四棱锥形实心装饰块,容
器内盛有
a
升水时,水面恰好经过正四 棱锥的顶点
P
.如果将容器倒置,水面也恰好过点
P
(图
2).有下 列四个命题:
P
P
图1
图2

A.正四棱锥的高等于正四棱柱高的一半
B.将容器侧面水平放置时,水面也恰好过点
P

C.任意摆放该容器,当水面静止时,水面都恰好经过点
P

D.若往容器内再注入
a
升水,则容器恰好能装满
其中真命题的代号是: (写出所有真命题的代号).

【例50】 (2002年全国文最后一题)⑴给出两块相同 的正三角形纸片(如图1,图2),要求用其中一块剪
拼成一个三棱锥模型,另一块剪拼成一个正三棱柱 模型,使它们的全面积都与原三角形的面积相
等,请设计一种剪拼方法,分别用虚线标示在图1、图2中 ,并作简要说明;
⑵试比较你剪拼的正三棱锥与正三棱柱的体积的大小;
- 12 - < /p>


⑶如果给出的是一块任意三角形的纸片(如图3),要求剪拼成一个直三棱柱,使它的全面 积与给
出的三角形的面积相等.请设计一种剪拼方法,用虚线标示在图3中,并作简要说明.
图1
图2
图3


【例51】 (2006江苏)两相同的 正四棱锥组成如图所示的几何体,可放棱长为
1
的正方体内,使正四棱锥
的底面
ABCD
与正方体的某一个平面平行,且各顶点均在正方体的面上,则这样的几何体体积的
. ..
可能值有( )

A.
1
个 B.
2

C.
3
个 D.无穷多个

【例52】 (06江西卷)如图,在四面体
ABCD
中,截面
AEF
经过四面体的内切球(与四个面都相切的球)
球心
O
,且与
BC

DC
分别截于
E

F
,如果截面将四面体分成体积相等的两 部分,设四棱锥
ABEFD
与三棱锥
AEFC
的表面积分别是
S
1

S
2
,则必有( )
A
D
B< br>E
O
F
C
A.
S
1
S
2
B.
S
1
S
2


C.
S
1
S
2
D.
S
1

S
2
的大小关系不能确定


【例53】 (2004福建,16)如图,将边长为
1
的正六边形铁皮的六个角各切 去一个全等的四边形,再沿虚
线折起,做成一个无盖的正六棱柱容器(如图). 当这个正六棱柱容器的底面边长为
时,其容积最大.

- 13 -


【例54】 (2005全国Ⅱ,理12)将半径都为
1

4
个钢球完全装入形状为正四面体的容器里,这个正四面
体的高的最小值为 ( )
A.
326

3
26

3
26

3
4326

3
B.
2
C.
4
D.

【例55】 养路处建造圆锥形仓 库用于贮藏食盐(供融化高速公路上的积雪之用),已建的仓库的底面直径

12
m< br>,高
4m
.养路处拟建一个更大的圆锥形仓库,以存放更多食盐.现有两种方案:一是新
建的仓库的底面直径比原来大
4m
(高不变);二是高度增加
4m
( 底面直径不变).
⑴分别计算按这两种方案所建的仓库的体积;
⑵分别计算按这两种方案所建的仓库的表面积;
⑶哪个方案更经济些?


- 14 -

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