新高考数学一轮复习讲练测专题8.1空间几何体及其三视图和直观图（讲）解析版

专题8.1空间几何体及其三视图和直观图新课程考试要求1．了解多面体和旋转体的概念，理解柱、锥、台、球的结构特征.2．理解简单空间图形(柱、锥、台、球的简易组合)的含义，了解中心投影的含义，掌握平行投影的含义.3．理解三视图和直观图间的关系，掌握三视图所表示的空间几何体.会用斜二测法画出它们的直观图.核心素养本节涉及的数学核心素养：数学运算、逻辑推理、直观想象等.考向预测（1）以考查三视图、几何体的结构特征以及几何体的面积体积计算为主，三视图基本稳定为选择题或填空题，难度中等以下；几何体的结构特征往往在解答题中考查，与平行关系、垂直关系等相结合.（2）与立体几何相关的“数学文化”等相结合，考查数学的应用.（3）三视图是高考重点考查的内容，考查内容有三视图的识别；三视图与直观图的联系与转化；求与三视图对应的几何体的表面积与体积．命题形式为用客观题考查识读图形和面积体积计算，解答题往往以常见几何体为载体考查空间想象能力和推理运算能力，期间需要灵活应用几何体的结构特征．【知识清单】知识点1．空间几何体的结构特征一、多面体的结构特征多面体结构特征棱柱有两个面互相平行，其余各面都是四边形，并且每相邻两个面的交线都平行且相等棱锥有一个面是多边形，而其余各面都是有一个公共顶点的三角形棱台棱锥被平行于底面的平面所截，截面和底面之间的部分二、旋转体的形成几何体旋转图形旋转轴圆柱矩形任一边所在的直线圆锥直角三角形一条直角边所在的直线圆台直角梯形垂直于底边的腰所在的直线球半圆直径所在的直线三、简单组合体简单组合体的构成有两种基本形式：一种是由简单几何体拼接而成；一种是由简单几何体截去或挖去一部分而成，有多面体与多面体、多面体与旋转体、旋转体与旋转体的组合体．知识点2．空间几何体的直观图简单几何体的直观图常用斜二测画法来画，基本步骤是：(1)画几何体的底面在已知图形中取互相垂直的x轴、y轴，两轴相交于点O，画直观图时，把它们画成对应的x′轴、y′轴，两轴相交于点O′，且使∠x′O′y′＝45°或135°，已知图形中平行于x轴、y轴的线段，在直观图中平行于x′轴、y′轴．已知图形中平行于x轴的线段，在直观图中长度不变，平行于y轴的线段，长度变为原来的一半．(2)画几何体的高在已知图形中过O点作z轴垂直于xOy平面，在直观图中对应的z′轴，也垂直于x′O′y′平面，已知图形中平行于z轴的线段，在直观图中仍平行于z′轴且长度不变．知识点3．空间几何体的三视图三视图几何体的三视图包括正视图、侧视图、俯视图，分别是从几何体的正前方、正左方、正上方观察几何体画出的轮廓线．三视图中，正视图和侧视图一样高，正视图和俯视图一样长，侧视图和俯视图一样宽.即“长对正，宽相等，高平齐”.【考点分类剖析】考点一：空间几何体的结构特征【典例1】（2021·江苏高考真题）若圆锥的轴截面为等腰直角三角形，则它的底面积与侧面积之比是（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<0【答案】C【解析】根据题意作图，由轴截面得出母线与底面圆半径的等量关系，再套公式求解.【详解】根据题意作图，设圆锥的底面圆半径为SKIPIF1<0，高为SKIPIF1<0，母线长为SKIPIF1<0.若圆锥的轴截面为等腰直角三角形，则有SKIPIF1<0，SKIPIF1<0.该圆锥的底面积与侧面积比值为SKIPIF1<0.故选：C.【典例2】（2018·上海高考真题）《九章算术》中，称底面为矩形而有一侧棱垂直于底面的四棱锥为阳马，设是正六棱柱的一条侧棱，如图，若阳马以该正六棱柱的顶点为顶点、以为底面矩形的一边，则这样的阳马的个数是（）A.4 B.8 C.12 D.16【答案】D【解析】根据正六边形的性质，则D1﹣A1ABB1，D1﹣A1AFF1满足题意，而C1，E1，C，D，E，和D1一样，有2×4=8，当A1ACC1为底面矩形，有4个满足题意，当A1AEE1为底面矩形，有4个满足题意，故有8+4+4=16故选：D．【总结提升】解决与空间几何体结构特征有关问题的技巧(1)关于空间几何体的结构特征辨析关键是紧扣各种空间几何体的概念，要善于通过举反例对概念进行辨析，即要说明一个命题是错误的，只需举一反例即可．(2)圆柱、圆锥、圆台的有关元素都集中在轴截面上，解题时要注意用好轴截面中各元素的关系．(3)既然棱(圆)台是由棱(圆)锥定义的，所以在解决棱(圆)台问题时，要注意“还台为锥”的解题策略．【变式探究】1.（2021·唐山市第十一中学高一月考）以下命题正确的是（）A．直角三角形绕其一边所在直线旋转得到的旋转体是圆锥B．夹在圆柱的两个平行截面间的几何体还是圆柱C．圆锥截去一个小圆锥后剩余部分是圆台D．棱锥截去一个小棱锥后剩余部分是棱台【答案】C【解析】根据圆锥的几何特征即可判断A；根据圆柱的几何特征即可判断B；根据圆台的几何特征即可判断C；根据棱台的几何特征即可判断D.【详解】解：对于A：直角三角形的斜边为轴旋转一周所得的旋转体不是圆锥，故A错误；对于B：，因为当两平行的截面与圆柱的底面不平行时，截得的几何体的两个平行的底面有可能是椭圆，另外当截面平行于圆柱的高线时，截得的几何体也不是圆柱，故B错误；对于C：圆锥截去一个小圆锥后剩余部分是圆台，正确；对于选项D：当截面不平行于底面时，棱锥截去一个小棱锥后剩余部分不是棱台，故D错．故选：C．2.【多选题】（2021·湖北高一期末）过正方体棱上三点D，E，F（均为棱中点）确定的截面过点P(点P为BB1中点)有（）A． B．C． D．【答案】AD【解析】根据正方体的性质对ABD作出截面后判断，对C由四点不共面可判断．【详解】A中过SKIPIF1<0三点的截面如图，可知截面过SKIPIF1<0点，B中过SKIPIF1<0三点的截面如图，可知截面不过SKIPIF1<0点，C中，SKIPIF1<0在正方体的一个侧面上，而SKIPIF1<0不在这个侧面上，因此SKIPIF1<0四点不共面，过SKIPIF1<0三点的截面不过SKIPIF1<0点，D中，过SKIPIF1<0三点的截面如图，可知截面过SKIPIF1<0点．故选：AD．【特别提醒】三棱柱、四棱柱、正方体、长方体、三棱锥、四棱锥是常见的空间几何体，也是重要的几何模型，要特别注意掌握它们的几何特征．考点二：空间几何体的直观图【典例3】（2021·浙江高一期末）已知SKIPIF1<0的面积为SKIPIF1<0，用斜二测法画出其水平放置的直观图SKIPIF1<0如图所示，若SKIPIF1<0，则SKIPIF1<0的长为________.【答案】1【解析】根据斜二测法求出直观图△SKIPIF1<0的面积，利用三角形面积公式求出SKIPIF1<0，再利用余弦定理求出SKIPIF1<0的值．【详解】解：SKIPIF1<0的面积为SKIPIF1<0，则用斜二测法画出其水平放置的直观图△SKIPIF1<0的面积为SKIPIF1<0，即SKIPIF1<0，解得SKIPIF1<0，△SKIPIF1<0中，由余弦定理得，SKIPIF1<0，所以SKIPIF1<0．故答案为：1．【典例4】（2020-2021学年高一）如图，SKIPIF1<0、SKIPIF1<0分别为正方形的面SKIPIF1<0与面SKIPIF1<0的中心，则四边形SKIPIF1<0在正方体的面上的正投影可能是（要求：把可能的图的序号都填上）________【答案】②③【解析】根据正方体的性质，只需确定四边形SKIPIF1<0在面SKIPIF1<0、面SKIPIF1<0、面SKIPIF1<0上的射影即可，结合平行投影的特点，画出投影形状即可.【详解】由正方体是对称的几何体，四边形SKIPIF1<0在该正方体的面上的射影可分为：自上而下、自左至右、由前及后三个方向的射影，即在面SKIPIF1<0、面SKIPIF1<0、面SKIPIF1<0上的射影．四边形SKIPIF1<0在面SKIPIF1<0和面SKIPIF1<0上的射影相同，如下图所示；四边形SKIPIF1<0在该正方体对角面的SKIPIF1<0内，它在面SKIPIF1<0上的射影显然是一条线段，如下图示：故答案为：②③．【总结提升】1.用斜二测画法画直观图的技巧在原图形中与x轴或y轴平行的线段在直观图中与x′轴或y′轴平行，原图中不与坐标轴平行的直线段可以先画出线段的端点再连线，原图中的曲线段可以通过取一些关键点，作出在直观图中的相应点后，用平滑的曲线连接而画出.2.解决有关“斜二测画法”问题时，一般在已知图形中建立直角坐标系，尽量运用图形中原有的垂直直线或图形的对称轴为坐标轴，图形的对称中心为原点，注意两个图形中关键线段长度的关系.3.按照斜二测画法得到的平面图形的直观图，其面积与原图形的面积有以下关系：S直观图＝S原图形，S原图形＝S直观图．【变式探究】1.（2020·安徽金安�六安一中高一期末（理））如图所示，是水平放置的的直观图，轴，轴，，，则中，（）A．2 B．5 C．4 D．【答案】B【解析】根据直观图可知，所以.故选：B2.（2021·东莞市新世纪英才学校高一月考）一个梯形的直观图是一个如图所示的等腰梯形，且SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，则原梯形的面积为（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．8 D．4【答案】C【解析】由题意，原图形为直角梯形，在原图形中，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，即可求出原梯形的面积．【详解】解：由题意，原图形为直角梯形，在原图形中，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，所以原梯形的面积为SKIPIF1<0，故选：C．考点三：空间几何体的三视图【典例5】（2021·全国高考真题（文））在一个正方体中，过顶点A的三条棱的中点分别为E，F，G．该正方体截去三棱锥SKIPIF1<0后，所得多面体的三视图中，正视图如图所示，则相应的侧视图是（）A． B． C． D．【答案】D【解析】根据题意及题目所给的正视图还原出几何体的直观图，结合直观图进行判断.【详解】由题意及正视图可得几何体的直观图，如图所示，所以其侧视图为故选：D【典例6】（2018年理新课标I卷）某圆柱的高为2，底面周长为16，其三视图如右图．圆柱表面上的点在正视图上的对应点为，圆柱表面上的点在左视图上的对应点为，则在此圆柱侧面上，从到的路径中，最短路径的长度为（）A.B.C.D.2【答案】B【解析】根据圆柱的三视图以及其本身的特征，可以确定点M和点N分别在以圆柱的高为长方形的宽，圆柱底面圆周长的四分之一为长的长方形的对角线的端点处，所以所求的最短路径的长度为，故选B.【规律方法】三视图中的数据与原几何体中的数据不一定一一对应，识图要注意甄别.揭示空间几何体的结构特征，包括几何体的形状，平行垂直等结构特征，这些正是数据运算的依据.还原几何体的基本要素是“长对齐，高平直，宽相等”.简单几何体的三视图是该几何体在三个两两垂直的平面上的正投影，并不是从三个方向看到的该几何体的侧面表示的图形．在画三视图时，重叠的线只画一条，能看见的轮廓线和棱用实线表示，挡住的线要画成虚线．【典例7】（2021·浙江高考真题）某几何体的三视图如图所示，则该几何体的体积是（）A．SKIPIF1<0 B．3 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<0【答案】A【解析】根据三视图可得如图所示的几何体，根据棱柱的体积公式可求其体积.【详解】几何体为如图所示的四棱柱SKIPIF1<0，其高为1，底面为等腰梯形SKIPIF1<0，该等腰梯形的上底为SKIPIF1<0，下底为SKIPIF1<0，腰长为1，故梯形的高为SKIPIF1<0，故SKIPIF1<0，故选：A.【典例8】（2020·全国高考真题（文））下图为某几何体的三视图，则该几何体的表面积是（）A．6+4 B．4+4 C．6+2 D．4+2【答案】C【解析】根据三视图特征，在正方体中截取出符合题意的立体图形根据立体图形可得：根据勾股定理可得：是边长为的等边三角形根据三角形面积公式可得：该几何体的表面积是：.故选：C.【总结提升】1.三视图问题的常见类型及解题策略(1)由几何体的直观图求三视图．注意观察方向，注意看到的部分用实线表示，不能看到的部分用虚线表示．(2)由几何体的三视图还原几何体的形状．要熟悉柱、锥、台、球的三视图，明确三视图的形成原理，结合空间想象将三视图还原为实物图．(3)由几何体的部分视图画出剩余的部分视图．先根据已知的一部分三视图，还原、推测直观图的可能形状，然后再找其剩下部分三视图的可能形状．当然作为选择题，也可将选项逐项代入，再看看给出的部分三视图是否符合．2.几类空间几何体表面积、体积的求法(1)多面体：其表面积是各个面的面积之和．(2)旋转体：其表面积等于侧面面积与底面面积的和．(3)简单组合体：应搞清各构成部分，并注意重合部分的删、补．(4)若以三视图形式给出，解题的关键是根据三视图，想象出原几何体及几何体中各元素间的位置关系及数量关系．【变式探究】1．（2018年文北京卷）某四棱锥的三视图如图所示，在此四棱锥的侧面中，直角三角形的个数为（）A.1B.2C.3D.4【答案】C共三个，故选C.2．（2018·全国高考真题（文））中国古建筑借助榫卯将木构件连接起来，构件的凸出部分叫榫头，凹进部分叫卯眼，图中木构件右边的小长方体是榫头．若如图摆放的木构件与某一带卯眼的木构件咬合成长方体，则咬合时带卯眼的木构件的俯视图可以是（）A． B．C． D．【答案】A【解析】由题意知，题干中所给的是榫头，是凸出的几何体，求得是卯眼的俯视图，卯眼是凹进去的，即俯视图中应有一不可见的长方形，且俯视图应为对称图形故俯视图为故选A.3．（2019·浙江高考真题）祖暅是我国南北朝时代的伟大科学家.他提出的“幂势既同，则积不容易”称为祖暅原理，利用该原理可以得到柱体体积公式，其中是柱体的底面积，是柱体的高，若某柱体的三视图如图所示，则该柱体的体积是（）A．158 B．162C．182 D．32【答案】B【解析】由三视图得该棱柱的高为6，底面可以看作是由两个直角梯形组合而成的，其中一个上底