2020届高考数学选择题填空题专项练习(文理通用)05 球01(含解析)

玛丽莲梦兔
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2020年08月16日 06:04
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2020届高考数学选择题填空题专项练习(文理通用)
05球01
第I卷(选择题)
一、单选题:本大题共12小题,每小题5分,共60分。在每小题给出的 四个选项中,只有一项是符合题
目要求的。
1.(
2019·
湖南长沙一中 高三月考(文))某球中内接一个圆柱,其俯视图如图所示,为两个同心圆,半径之
比为
1 : 2
,则该圆柱与球的体积的比值为(

)


A
.
【答案】
B
【解析】

1

8
B
.
33

16
C
.
3

16
D
.
3

8
【分析】根据球和圆柱的半径求出 球心到圆柱底面的距离,从而得出圆柱的高,再由圆柱的体积公式以及
球的体积公式求解即可
.
【详解】设该圆柱和球的半径分别为
r,R
,则
R2r
,球心到圆 柱底面的距离为
R
2
r
2
3r
,即该圆
柱的高 为
23r
,则该圆柱与球的体积的比值为

r23r:
2
4
3


2r

33:16
,故选:
B
3
【点睛】本题主要考查了圆柱的体积公式以及球的体积公式,属于基础题
.

2.(
2020·
宁夏银川一中高三月考(理))已知正四面体
A BCD
的棱长为
3
,则其外接球的体积为(

)
A
.


【答案】
B
【解析】

【分析】将正四面体补形为正方体,利用正方体的外接球,计算出正四面体外接球的体积
.
8
3
B
.
92


8
C
.
82


9
D
.
9


2



【详解】将正四面体
B
1
ACD
1放在正方体
ABCDA
1
B
1
C
1
D
1
中如图所示,正四面体的外接球即正方体的
外接球,设正方体的边长为
x
,由于
AB
1
3
,即
2x3,x
3
,所以正 方体的外接球半径为
2
3
1

2

4
3 33

3

92
,所以外接球的体积为





.
故选:
B
3x

38
2
222

22


【点睛】本小题主要考查几何 体外接球体积的求法,考查数形结合的数学思想方法,考查化归与转化的数
学思想方法,属于中档题.
3
.(
2020·
山西高三月考(文))在三棱锥
PAB C
中,
PA
平面
ABC
,
PAAB2
,ACB30
,
则三棱锥
PABC
外接球的表面积为
__ _____.
A
.
10


【答案】
B
【解析】

【分析】先用正弦定理求出
ABC
外接圆的半径
r
,然后利用
Rr(
球的半径
R
,即可算出表面积
.
【详解】设
ABC
外接圆的半径为
r
,则
2r
径为
R
,则
Rr(
22
22
B
.
20

C
.
15

D
.
40


PA
2
)
求出三棱锥
PABC
外接
2
AB
4
,∴
r=2
,设三棱 锥
PABC
外接球的半
sinACB
PA
2
)5,

2

故外接球的表面积
S4

R
2
20

.
故答案为:
20


【点 睛】本题主要考查了三棱锥外接球的表面积,其中根据几何体的结构特征和球的性质,求得三棱锥的



外接球的半径是解题的关键,着重考查了空间想象能力,以及推理与运算能力
.
4< br>.(
2019·
广东高三月考(文))如图,已知球
O
是棱长为
1
的正方体
ABCDA
1
B
1
C
1
D
1
的内切球,则平面
ACD
1
截球
O
的截面面积 为()

A
.



3
B
.


8
C
.


6
D
.


4

【答案】
C
【解析】由题意可知:截面是
MNP
的外接圆,而
MNP
是边长 为
2
的等边三角形,

2
2
2
,则
r< br>6
,所以
S

r
2


(6
)
2


.
所以外接圆
2
2r 
666
0
sin60
3
5
.(
2019·
湖南长沙一中高三月考(文))已知某几何体的三视图如图所示,则该几何体的外接球表面积为


A
.


3
B
.
41


2
C
.
31


6
D
.
41


4
【答案】
D
【解析】

【分析】首先根据三视图还原其直观图,再根据直观图找到四棱锥外接球的 球心,计算球体的半径和表面



积即可
.
【详解 】该几何体是一个四棱锥,其底面是边长为
2
的正方形,右侧面是腰长为
5
的 等腰三角形,且垂直
于底面,由此可得四棱锥的高为
2
.

设O
为球心,
O
1
为
VABC
的外心,
M
底面的中心,
D
为
BC
的中点,因为
AB5
,
BD1
,所以
5
5
25
2r
,设
VABC外接圆的半径为
r
,得到
2
,
rAO
1
< br>.
AD514
,
sinABC
5
4
5< br>5
22
又因为
MDOO
1
1
,所以
R 1()
5
4
414141

2
.
S4

R


.
故答案为:
1644
【点睛】本题 主要考查四棱锥的外接球,同时考查了三视图,将三视图还原其直观图为解题的关键,属于
中档题
.
6. (
2020·
江西高三(理))已知正三棱柱
ABCA
1
B
1
C
1
的侧面积为
12
,当其外接球的表面 积取最小值时,
异面直线
AC
1
与
B
1
C
所成角的余弦值等于
( )
A
.
5

14
B
.
5

13
C
.
5

6
D
.
3

14
【答案】
A
【解析】

h
2
ah4

【分析】设正三棱柱的底面边长为
a
,高为
h
,球的半径 为
R
,先得出
ah4
,然后
Rr
,
433
22
即
a
3
h
时其外接球的表面积取最小值。然 后由余弦定理即可求出
cosDB
1
C

2
【详解】设正 三棱柱的底面边长为
a
,高为
h
,球的半径为
R
,由题意知
3ah12
,即
ah4
,底面外接
圆半径
r
a
2sin

3

a
h
2
ah4
3
22
Rr
,由球的截面圆性质知,当且仅当
ah
时取等 号,
3
4
33
2



将三棱柱补成 一四棱柱,如图,知
AC
1
DB
1
,即
DB
1< br>C
为异面直线
AC
1
与
B
1
C
所成 角或补角,
22
B
1
CDB
1
ah
,
DC3a
,所以
cosDB
1
C
2

a< br>2
h
2

3a
2
2

a
2
h
2


5
.
14

【点睛】异面直线所成的角一般是通过平移转化成相交直线所成的角
.
7.(
2020·
广东高三期末(理))已知三棱锥
PABC
的底面是正三角形,
PA3
,点
A
在侧面
PBC
内
的射影
H
是
PBC
的垂心,当三棱锥
PABC
体积最大值时,三棱锥
P ABC
的外接球的体积为(

)

A
.
93


2
B
.
63

C
.
6

D
.
9


2
【答案】
D
【解析】

【分析】设点
O
是点
P
在底面
ABC
的射影
,
先分析可得
O是底面
ABC
的垂心
,
也是外心
,
则
PAP BPC3
,
则当
PA,PB,PC
互相垂直时体积最大
,
再求得外接球的体积即可

【详解】设点
D
为
BC
的中点
,
则
ADBC
,
因为点
A
在侧面
PBC
内的射影
H
是
PBC
的垂心
,
所以
PA BC
,
PCAB
,
设点
O
是点
P
在底 面
ABC
的射影
,
则
BC⊥
平面
PAD
,
所以
O
一定在
AD
上
,
因为
ABPC
,
ABPO
,
所以
COAB
,
所以
O
是底面
ABC
的垂心
,
也是外心
,
所以
PAPBPC3
,
则当
PA,PB,PC
互相垂直时体积最大
,
设球的半径为
R
,
则
3
3
4439

3
2RPA
2
PB
2
PC
2
3< br>,
所以
R
,
所以球的体积为
V

R< br>




,故选
:D
2
33

2

2
【点睛】本题考查棱锥的外接球体积
,
考 查空间想象能力

8.

(
2020·
安徽六安一中高三月 考(理))在四棱锥
ABCDE
中,
VABC
是边长为
6
的正三角形,
BCDE
是正方形,平面
ABC
平面
BCDE
,则该四棱锥的外接球的体积为(

)

A
.
2121π
B
.
84π
C
.
721π
D
.
2821π



【答案】
D
【解析】

【分析】取BC
的中点为
M
,
N,F
分别是正三角形
ABC
的中心和正方形
BCDE
的中心,根据已知条件可
AM
⊥平面
BC DE
,得
MF
⊥平面
ABC
,过
N,F
分别做MF,AM
的平行线交于
O
,则
O
为球心,求出
ON< br>,
即可求出外接球的半径,即可求解
.
【详解】取
BC
的中 点为
M
,
N
是正三角形
ABC
的中心
,
F
为正方形
BCDE
的中心,连接
AM,FM
,
则有
平面
ABC
平面
BCDE
,平面
ABC
I
平面< br>BCDE
=
BC
,
MF
⊥平面
ABC
,MFBC
,
AMBC
,
AM
⊥平面
BCDE
,过
N,F
分别做
l
1

MF
,
l
2
AM
,则
l
1
⊥平面
ABC
,
l2
⊥平面
BCDE
,
l
1
,l
2
交于
O
,

则
O
为球心,
OFMN,ONMF
,
MNMF
所以四边形
OFMN
为矩形,
ONMF3
,

AN
2
AM23,OAON
2
AN
2
3
2
(23)
2
21
所以外接球的体积为
3
4

(21)
3
2821

.
故选:D.
3

【点睛】本题考查多面体与球的
“
接
”“
切
”
问题,解题的关键是根据球的性质确定球心,考查空间想象能力,
属于中 档题
.
9.

(
2020·
山东高三期末)用一个体积为
36

的球形铁质原材料切割成为正三棱柱的工业用零配件,则该
零配件体积 的最大值为(

)

A
.
93

2
B
.
63
C
.
18
D
.
27

【答案】
D
【解析】

【分 析】画出正三棱柱
ABCA
1
B
1
C
1
内接于球
O
的直观图,设底面边长
A
1
B
1
x
, 由球的体积公式得
R3
,



x
2
再由勾股定理得正三棱柱的
h2OO
1
29
,代入体积公式
VSh
,利用基本不等式可求得
3
V
max
27
。< br>
【详解】如图所示,正三棱柱
ABCA
1
B
1
C
1
内接于球
O
的直观图,
O
1
为底面
A< br>1
B
1
C
1
的中心,因为
2
4
< br>R
3
x
,

V
球
36

R3
。设底面边长
A
1
B
1
x
,则
h2OO
1
29
3
3
V
正三棱柱
1
2
3x
2
3x
2
x
2
x
2
S hx296(9)27
,等号成立当且仅当
2232663
x
2
x
2
9x32
,故选
D.
63

【点睛】本题以实际问题为背景,本质考查正三棱柱内接于球,考查正三棱柱体 积的最值,考查空间想象
能力和运算求解能力,注意利用三元基本不等式求最值,使问题求解计算变得更 简洁。

10.

(
2019·
广东深圳中学高三月考(文 ))如图,网格纸上正方形小格的边长为
1
,图中粗线画出的是某三
棱锥的三视图,则 该三棱锥的外接球的体积为(

)


A
.
11


2
B
.
1111


6
C
.
11

D
.
12


【答案】
B
【解析】
< br>【分析】由三视图画出三棱锥的空间立体图形,利用球的性质找出球心的位置,再计算体积即可
.



【详解】由三视图画出三棱锥
PABC
如图所 示,过点
P
做平面
ABC
的垂线,交
BA
的延长线于点Q
,

由三视图知,
PQQAABBC1
,
A BBC
,因为
VABC
是等腰直角三角形,所以
VABC
的外接圆圆心为
AC
的中点
M
,所以
MAMBMC
,设 三棱锥
PABC
外接球球心为
O
,则
OM
平面
所以
OMAC
,所以
OAOBOCR
,只需让
OPOC< br>即可,作
QNPQ
且交
PQ
于点
N
,
AB C
,
22

2

13

2
由图
OP
2
NP
2
NO
2
OM
2< br>MC
2
OC
2
,设
OMNQx
,即

1x





x
,


2


2

2
< br>
2
2
2
3
41111
3

< br>2

11

解得,
x
,所以外接球半径
R 



,所以外接球体积
V

R
3


.



2
36
2
2


2

2

【点睛】本题主要 考查由三视图还原几何体和求棱锥的外接球体积,考查学生的分析转化能力和空间想象
能力,属于中档题
.
11.

(
2019·
安徽淮北一中高三月考(理)) 在三棱锥
A-BCD
中,平面
ABC
丄平面
ADC, AD
丄
AC,AD=AC,
ABC

3
,若此三棱锥 的外接球表面积为
28

,则三棱锥
A-BCD
体积的最大值为(< br>
)

A
.
7
【答案】
C
【解析】

B
.
12 C
.
6 D
.
53

3
【分析】设三棱锥
A
﹣
BC D
外接球的半径为
R
,三棱锥的外接球球心为
O
,△
ABC
的外心为
O
1
,△
ABC
的
外接圆半径为
r
,取
DC
的中点为
O
2
,过
O
2
作
O
2
E
⊥
AC
,则
OO
1
⊥ 平面
ABC
,
OO
2
⊥平面
ADC
,连结
OA
,
O
1
A
,则
O
1
A
=r
,设
AD
=
AC
=
b
,则
OO1
=
O
2
E

b

1
b,由
S
=
4πR
2
=
28π
,解得
R
7
,由正弦正理求出
2
3r
,若三棱锥
A
﹣BCD
的体积最大,则只需△
ABC
的面积最大,由此能求出三棱锥
A< br>﹣
BCD
的体积的
最大值.


< br>【详解】根据题意,设三棱锥
A
﹣
BCD
外接球的半径为
R< br>,三棱锥的外接球球心为
O
,△
ABC
的外心为
O
1
,

△
ABC
的外接圆半径为
r
,取
DC
的中点为
O
2
,过
O
2
作
O
2< br>E
⊥
AC
,则
OO
1
⊥平面
ABC
,
OO
2
⊥平面
ADC
,
如图,连结
OA
,
O
1
A
,则
O
1
A
=
r
,设
AD
=
AC
=
b
,则
OO
1
=
O
2
E

1
b
,由
S
=4πR
2
=
28π
,解得
R
7
,

2
b
AC1


,解得
b
3r
,在
Rt
△
OAO
1
中,
7
=
r
2
+
(
b
)在△
ABC
中,由正弦正理得
2r
,∴
2r
sin
sinABC2
3
2
,解 得
r
=
2
,
b
=
2
3
,∴
AC
=
2
3
,若三棱锥
A
﹣
BCD
的体 积最大,则只需△
ABC
的面积最大,

在△
ABC
中,< br>AC
2
=
AB
2
+BC
2
﹣
2•A B•BC•cos
∠
ABC
,∴
12
=
AB
2+BC
2
﹣
AB•BC≥2AB•BC
﹣
AB•BC
,

解得
AB•BC≤12
,∴
S
VABC

大值:
V
DABC

113
ABBCsinABC 12
3
3
,∴三棱锥
A
﹣
BCD
的体积的最< br>222
11
S
VABC
AD3323
6
.故选:
C
.

33

【点睛】本题考查三棱锥的体积的最 大值的求法,考查空间中线线、线面、面面间的位置关系等基础知识,
考查运算求解能力,是中档题.< br>
12.

(
2020·
四川高三月考(理))在三棱柱ABCA
1
B
1
C
1
中,
AA
1< br>
上平面
ABC
,
记
VABC
和四边形
AC C
1
A
1
的外接圆圆心分别为
O
1
,O
2
,
若
AC2
,
且三棱柱外接球体积为
8
A
.

3
32

22
,
则
O
1< br>AO
2
A
的值为

(

)
3
B
.
3
C
.
11

3
D
.
5

【答案】
D
【解析】

【分析】如图,设三棱柱的外接球的球心为
O,
连接OO
1
,OA
.
设三棱柱的高为
h
,外接球的半径为< br>R,
22
先求出
R,
再求
O
1
AO2
A
的值
.
【详解】如图,设三棱柱的外接球的球心为
O,< br>连接
OO
1
,OA
.
设三棱柱的高为
h
, 外接球的半径为
R,
由题得
4
3
32

R,R 2
在直角三角形
OAO
1
中,
33



h
2
h
2
22
OAR4( )O
1
A,O
1
A=4

24
22
4h
2
,
在直角三角形
CAA
1
中,
2h2OA
2
,OA
2

4
222
22
所以
O
1
AO
2
A=5
.
故选:
D
【点睛】本题主要考查几何体的外接球问题的解法,意在考查学生对这些知识的理解掌握水平
.

第II卷(非选择题)

二、填空题:本大题共4小题,每小题5分,共20分。把答案填在题中的横线上。
13.

(
2020·
四川省泸县第一中学高三月考(文))三棱锥
SABC
中,底面
ABC
是边长为
2
的等边三角形,
SA
面
ABC
,

SA2
,
则 三棱锥
SABC
外接球的表面积是
_____________ .
【答案】
28


3
【解析】由题意可知三棱锥外接球,即 为以
ABC
为底面以
SA
为高的正三棱柱的外接球∵
ABC是边长为
2
的正三角形∴
ABC
的外接圆半径
r
2 3
21

,球心到
ABC
的外接圆圆心的距离为
1
,∴球的半径为
3
3
∴外接球的表面积为
28

28

,故答案为
33
点睛:本题主要考查三棱锥外接球表面积的求法,属于难题
.
要求外接球的表面积和体积,关键是求出求的
半径,求外接球半径的常见方法有:①若三条棱两 垂直则用
4R
2
a
2
b
2
c
2(
a,b,c
为三棱的长);②若
,则
4R
2
4r< br>2
a
2
(
r
为
ABC
外接圆半径);③ 可以转化为长方体的外接球;
SA
面
ABC
(
SAa
)
④特殊几何体可以直接找出球心和半径
.
14.
(
2020·山东高三期末)在直三棱柱
ABCA
1
B
1
C
1中,
BAC90

且
AB3
,
BB
1< br>4
,设其外接球
的球心为
O
,且球
O
的表面积为< br>28

,则
ABC
的面积为
__________.
【答案】
33

2
【解析】



【分析】先计算球的半径为
7
,确定球心为
HG< br>的中点,根据边角关系得到
AC3
,计算面积得到答案
.
【详解】 球
O
的表面积为
4

R
2
28

R7
,如图所示:
H,G
为
BC,B
1
C
1
中点,连接
HG

BAC90

,故三角形的外心在
BC
中点上,故外接球的球心为
HG
的中点
.
,在
RtOGC
中:
OG
1
BB
1
2,OCR7,故
CG3
;在
RtABC
中:故
AC3
,BC2CG23
,
AB3
,
2
3333

,故答案为:

22
故
S
ABC


【点睛】本题考查了三棱柱的外接球问题,确定球心的位置是解题的关键
.

=
4
,
M
为
BC
的中点,(
2020·
河 南高三期末(理))在矩形
ABCD
中,将△
ABM
和△
DCM分别沿
AM
,
DM
翻折,使点
B
与
C
重合于点
P.
若∠
APD
=
150°
,则三棱锥
M
﹣
PAD
的外接球的表面积为
_____.
【答案】
68


【解析】

【分析】计算△ADP
外接圆的半径
r
并假设外接球的半径为
R
,可得球心在过 外接圆圆心且垂直圆面的垂线

PM

2
上,然后根据
PM
⊥面
PAD
,

R
2


r
,可得结果
.

2

【详解】由
MP
⊥
PA
,
MP
⊥< br>PD
,
PM∩PA
=
P
,
PM
,
P A

平面
PAD
所以可得
PM
⊥面
PAD
,设△
ADP
外接
圆的半径为
r
,由正弦定理可得
2
AD4

2r
,即
2r
,所以
r4
,设三棱 锥
M
﹣
PAD
外接球
sin

APDsin150 
2
2

PM

2
的半径
R
,外 接球的球心在过△
ADP
外接圆的圆心且垂直于底面的直线上,则
R
r11617



2

所以外接球的表面积 为
S4

R
2
68

,答案为:
68


【点睛】本题考查的是三棱锥的外接球的应用,属中档题
.
16. (
2020·
河北衡水中学高三月考(理))在边长为
23
的菱形
ABCD
中,
A60

,沿对角线
BD
折 起,
使二面角
ABDC
的大小为
120

,这时点A,B,C,D
在同一个球面上,则该球的表面积为
____.



【答案】
28


【解析】
< br>【分析】取
BD
的中点
E
,
连接
AE
、CE
,可知外接球的球心在面
AEC
中,再作
OGCE
,分别 求出
OG
与
CG
的长度后即可得解
.
【详解】


如图
1
,取
BD
的中点
E
,
连 接
AE
、
CE
,由已知易知面
AEC
面
BCD< br>,则外接球的球心在面
AEC
中
.

由二面角
AB DC
的大小为
120

可知
AEC120
o
.
在面
AEC
中,设球心为
O
,作
OGCE
,连 接
OE
,
易知
O
在面
BCD
上的投影即为
G
,
OE
平分
AEC
,

G
为
BCD
的中心,

CG2GE2
,

OGGEt an603
,

OCGC
2
GO
2
7,

S
球
=4


o

7< br>
2
=28

.
故答案为:
28


【点睛】本题考查了立体图形外接球体积的求解,考查了空间想象能力,属于中档题
.

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