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- 2021-05-13 发布
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外接球的表面积和体积高考试题精选(一)
一.选择题(共30小题)
1.一几何体的三视图如图所示,三个三角形都是直角边为2的等腰直角三角形,该几何体的顶点都在球O上,球O的表面积为( )
A.16π B.3π C. D.12π
2.如图某几何体的三视图是直角边长为1的三个等腰直角三角形,则该几何体的外接球的表面积为( )
A. B. C. D.3π
3.体积为8的正方体的顶点都在同一球面上,则该球面的表面积为( )
A.12π B.π C.8π D.4π
4.过球的一条半径的中点,作垂直于该半径的平面,则所得截面的面积与球的表面积的比为( )
A. B. C. D.
5.已知三棱锥O﹣ABC,A,B,C三点均在球心为O的球表面上,AB=BC=1,∠ABC=120°,三棱锥O﹣ABC的体积为,则球O的表面积是( )
A.544π B.16π C.π D.64π
6.点A、B、C、D在同一个球的球面上,AB=BC=AC=,若四面体ABCD体积的最大值为,则这个球的表面积为( )
A. B.8π C. D.
7.四面体ABCD的四个顶点都在球O的表面上,AB⊥平面BCD,△BCD是边长为3的等边三角形.若AB=2,则球O的表面积为( )
A.8π B.12π C.16π D.32π
8.已知正△ABC三个顶点都在半径为2的球面上,球心O到平面ABC的距离为1,点E是线段AB的中点,过点E作球O的截面,则截面面积的最小值是( )
A.π B.2π C.π D.3π
9.已知在三棱锥P﹣ABC中,VP﹣ABC=,∠APC=,∠BPC=,PA⊥AC,PB⊥BC,且平面PAC⊥平面PBC,那么三棱锥P﹣ABC外接球的体积为( )
A. B. C. D.
10.已知三棱锥的三视图如图所示,则它的外接球的表面积为( )
A.4π B.8π C.12π D.16π
11.一个四面体的顶点都在球面上,它们的正视图、侧视图、俯视图都是右图.图中圆内有一个以圆心为中心边长为1的正方形.则这个四面体的外接球的表面积是( )
A.π B.3π C.4π D.6π
12.已知在三棱锥P﹣ABC中,PA=PB=BC=1,AB=,AB⊥BC,平面PAB⊥平面ABC,若三棱锥的顶点在同一个球面上,则该球的表面积是( )
A.π B.3π C. D.2π
13.球面上有三点A、B、C组成这个球的一个截面的内接三角形三个顶点,其中AB=18,BC=24,AC=30,球心到这个截面的距离为球半径的一半,则球的表面积为( )
A.1200π B.1400π C.1600π D.1800π
14.已知球O的半径为R,A,B,C三点在球O的球面上,球心O到平面ABC的距离为R.AB=AC=2,∠BAC=120°,则球O的表面积为( )
A.π B.π C.π D.π
15.四面体ABCD的四个顶点都在球O的表面上,AB⊥平面BCD,△BCD是边长为3的等边三角形.若AB=2,则球O的表面积为( )
A.4π B.12π C.16π D.32π
16.已知三角形PAD所在平面与矩形ABCD所在平面互相垂直,PA=PD=AB=2,∠APD=90°,若点P、A、B、C、D都在同一球面上,则此球的表面积等于( )
A.4π B.π C.12π D.20π
17.四面体ABCD的四个顶点都在球O的球面上,AB=2,BC=CD=1,∠BCD=60°,AB⊥平面BCD,则球O的表面积为( )
A.8π B. C. D.
18.已知四棱锥P﹣ABCD的顶点都在球O上,底面ABCD是矩形,平面PAD⊥平面ABCD,△PAD为正三角形,AB=2AD=4,则球O的表面积为( )
A. B. C.32π D.64π
19.正三棱柱的底面边长为,侧棱长为2,且三棱柱的顶点都在同一球面上,则该球的表面积为( )
A.4π B.8π C.12π D.16π
20.已知正四面体的棱长,则其外接球的表面积为( )
A.8π B.12π C.π D.3π
21.一直三棱柱的每条棱长都是3,且每个顶点都在球O的表面上,则球O的半径为( )
A. B. C. D.3
22.已知SC是球O的直径,A,B是该球面上的两点,△ABC是边长为的正三角形,若三棱锥S﹣ABC的体积为,则球O的表面积为( )
A.16π B.18π C.20π D.24π
23.已知三棱锥P﹣ABC,在底面△ABC中,∠A=60°,BC=,PA⊥面ABC,PA=2,则此三棱锥的外接球的表面积为( )
A.π B.4π C.π D.16π
24.已知A,B,C在球O的球面上,AB=1,BC=2,∠ABC=60°,直线OA与截面ABC所成的角为30°,则球O的表面积为( )
A.4π B.16π C.π D.π
25.一直三棱柱的每条棱长都是3,且每个顶点都在球O的表面上,则球O的表面积为( )
A.21π B.24π C.28π D.36π
26.在三棱锥P﹣ABC中,PA=2,PC=2,AB=,BC=3,∠ABC=,则三棱锥P﹣ABC外接球的表面积为( )
A.4π B.π C.π D.16π
27.已知A,B是球O的球面上两点,∠AOB=60°,C为该球面上的动点,若三棱锥O﹣ABC体积的最大值为,则球O的表面积为( )
A.36π B.64π C.144π D.256π
28.已知三棱锥A﹣BCD的四个顶点A、B、C、D都在球O的表面上,AC⊥平面BCD,BC⊥CD,且AC=,BC=2,CD=,则球O的表面积为( )
A.12π B.7π C.9π D.8π
29.用一个与球心距离为1的平面去截球,所得截面的面积为π,则球的表面积为( )
A.4π B.8π C.12π D.16π
30.在三棱锥A﹣BCD中,AB=,其余各棱长都为2,则该三棱锥外接球的表面积为( )
A.3π B.π C.6π D.π
外接球的表面积和体积高考试题精选(一)
参考答案与试题解析
一.选择题(共30小题)
1.(2017•达州模拟)一几何体的三视图如图所示,三个三角形都是直角边为2的等腰直角三角形,该几何体的顶点都在球O上,球O的表面积为( )
A.16π B.3π C. D.12π
【解答】解:由三视图可知:该几何体是一个三棱锥,如图所示,AB=AC=AD=2,且AB,AC,AD两两垂直.
把此三棱锥补成正方体,则这个空间几何体的外接球的直径为此正方体的对角线2,
因此这个空间几何体的外接球的表面积S=4π•3=12π.
故选:D.
2.(2017•达州模拟)如图某几何体的三视图是直角边长为1的三个等腰直角三角形,则该几何体的外接球的表面积为( )
A. B. C. D.3π
【解答】解:∵该几何体的三视图是直角边长为1的三个等腰直角三角形,
∴该几何体为从底面直角顶点出发的三条棱两两垂直的三棱锥,可将其补成一个边长为1的正方体,
则该几何体的外接球就是补成的正方体的外接球,
∵补成的正方体的对角线长l==为其外接球的直径d,
∴外接球的表面积S=πd2=3π,
即该几何体的外接球的表面积为3π,
故选:D.
3.(2016•新课标Ⅱ)体积为8的正方体的顶点都在同一球面上,则该球面的表面积为( )
A.12π B.π C.8π D.4π
【解答】解:正方体体积为8,可知其边长为2,
正方体的体对角线为=2,
即为球的直径,所以半径为,
所以球的表面积为=12π.
故选:A.
4.(2016•上饶三模)过球的一条半径的中点,作垂直于该半径的平面,则所得截面的面积与球的表面积的比为( )
A. B. C. D.
【解答】解:设球的半径为R,圆M的半径r,
由图可知,R2=R2+r2,
∴R2=r2,∴S球=4πR2,
截面圆M的面积为:πr2=πR2,
则所得截面的面积与球的表面积的比为:.
故选A.
5.(2016•河南模拟)已知三棱锥O﹣ABC,A,B,C三点均在球心为O的球表面上,AB=BC=1,∠ABC=120°,三棱锥O﹣ABC的体积为,则球O的表面积是( )
A.544π B.16π C.π D.64π
【解答】解:三棱锥O﹣ABC,A、B、C三点均在球心O的表面上,且AB=BC=1,
∠ABC=120°,AC=,
∴S△ABC=×1×1×sin120°=,
∵三棱锥O﹣ABC的体积为,
△ABC的外接圆的圆心为G,
∴OG⊥⊙G,
外接圆的半径为:GA==1,
∴S△ABC•OG=,即×OG=,
OG=,
球的半径为:=4.
球的表面积:4π42=64π.
故选:D
6.(2016•安徽校级一模)点A、B、C、D在同一个球的球面上,AB=BC=AC=
,若四面体ABCD体积的最大值为,则这个球的表面积为( )
A. B.8π C. D.
【解答】解:根据题意知,△ABC是一个等边三角形,其面积为,外接圆的半径为1.
小圆的圆心为Q,若四面体ABCD的体积的最大值,由于底面积S△ABC不变,高最大时体积最大,
所以,DQ与面ABC垂直时体积最大,最大值为S△ABC×DQ=,
∴DQ=4,
设球心为O,半径为R,
则在直角△AQO中,OA2=AQ2+OQ2,即R2=12+(4﹣R)2,∴R=
则这个球的表面积为:S=4π()2=
故选C.
7.(2016•衡水模拟)四面体ABCD的四个顶点都在球O的表面上,AB⊥平面BCD,△BCD是边长为3的等边三角形.若AB=2,则球O的表面积为( )
A.8π B.12π C.16π D.32π
【解答】解:取CD的中点E,连结AE,BE,∵在四面体ABCD中,AB⊥平面BCD,
△BCD是边长为3的等边三角形.
∴Rt△ABC≌Rt△ABD,△ACD是等腰三角形,
△BCD的中心为G,作OG∥AB交AB的中垂线HO于O,O为外接球的中心,
BE=,BG=,
R===2.
四面体ABCD外接球的表面积为:4πR2=16π.
故选:C.
8.(2016•南昌三模)已知正△ABC三个顶点都在半径为2的球面上,球心O到平面ABC的距离为1,点E是线段AB的中点,过点E作球O的截面,则截面面积的最小值是( )
A.π B.2π C.π D.3π
【解答】解:设正△ABC的中心为O1,连结O1A
∵O1是正△ABC的中心,A、B、C三点都在球面上,
∴O1O⊥平面ABC,∵球的半径R=2,球心O到平面ABC的距离为1,得O1O=1,
∴Rt△O1OA中,O1A=.
又∵E为AB的中点,△ABC是等边三角形,∴AE=AO1cos30°=.
∵过E作球O的截面,当截面与OE垂直时,截面圆的半径最小,
∴当截面与OE垂直时,截面圆的面积有最小值.
此时截面圆的半径r=,
可得截面面积为S=πr2=.
故选C.
9.(2016•河南模拟)已知在三棱锥P﹣ABC中,VP﹣ABC=,∠APC=,∠BPC=,PA⊥AC,PB⊥BC,且平面PAC⊥
平面PBC,那么三棱锥P﹣ABC外接球的体积为( )
A. B. C. D.
【解答】解:由题意,设PC=2x,则
∵PA⊥AC,∠APC=,
∴△APC为等腰直角三角形,
∴PC边上的高为x,
∵平面PAC⊥平面PBC,
∴A到平面PBC的距离为x,
∵∠BPC=,PA⊥AC,PB⊥BC,
∴PB=x,BC=x,
∴S△PBC==,
∴VP﹣ABC=VA﹣PBC==,
∴x=2,
∵PA⊥AC,PB⊥BC,
∴PC的中点为球心,球的半径为2,
∴三棱锥P﹣ABC外接球的体积为=.
故选:D.
10.(2016•湖南二模)已知三棱锥的三视图如图所示,则它的外接球的表面积为( )
A.4π B.8π C.12π D.16π
【解答】解:由已知中三棱锥的高为1
底面为一个直角三角形,
由于底面斜边上的中线长为1,
则底面的外接圆半径为1,
顶点在底面上的投影落在底面外接圆的圆心上,
由于顶点到底面的距离,与底面外接圆的半径相等,所以底面直角三角形斜边中点就是外接球的球心;
则三棱锥的外接球半径R为1,
则三棱锥的外接球表面积S=4πR2=4π
故选:A
11.(2016•湖南校级模拟)一个四面体的顶点都在球面上,它们的正视图、侧视图、俯视图都是右图.图中圆内有一个以圆心为中心边长为1的正方形.则这个四面体的外接球的表面积是( )
A.π B.3π C.4π D.6π
【解答】解:由三视图可知:该四面体是正方体的一个内接正四面体.
∴此四面体的外接球的直径为正方体的对角线长为.
∴此四面体的外接球的表面积为表面积为=3π.
故选:B.
12.(2016•大庆一模)已知在三棱锥P﹣ABC中,PA=PB=BC=1,AB=,AB⊥BC,平面PAB⊥平面ABC,若三棱锥的顶点在同一个球面上,则该球的表面积是( )
A.π B.3π C. D.2π
【解答】解:由题意,AC为截面圆的直径,AC=,
设球心到平面ABC的距离为d,球的半径为R,
∵PA=PB=1,AB=,
∴PA⊥PB,
∵平面PAB⊥平面ABC,
∴P到平面ABC的距离为.
由勾股定理可得R2=()2+d2=()2+(﹣d)2,
∴d=0,R2=,
∴球的表面积为4πR2=3π.
故选:B.
13.(2016•中山市校级模拟)球面上有三点A、B、C组成这个球的一个截面的内接三角形三个顶点,其中AB=18,BC=24,AC=30,球心到这个截面的距离为球半径的一半,则球的表面积为( )
A.1200π B.1400π C.1600π D.1800π
【解答】解:∵AB2+BC2=182+242=302=AC2,
∴△ABC为直角三角形,且其外接圆的半径为=15,
即截面圆的半径r=15,又球心到截面的距离为d=R,
∴R2﹣=152,∴R=10,
∴球的表面积S=4πR2=4π×=1200π.
故选:A.
14.(2016•泉州校级模拟)已知球O的半径为R,A,B,C三点在球O的球面上,球心O到平面ABC的距离为R.AB=AC=2,∠BAC=120°,则球O的表面积为( )
A.π B.π C.π D.π
【解答】解:在△ABC中,
∵AB=AC=2,∠BAC=120°,
∴BC==2,
由正弦定理可得平面ABC截球所得圆的半径(即△ABC的外接圆半径),
r==2,
又∵球心到平面ABC的距离d=R,
∴球O的半径R=,
∴R2=
故球O的表面积S=4πR2=π,
故选:D.
15.(2016•白银模拟)四面体ABCD的四个顶点都在球O的表面上,AB⊥平面BCD,△BCD是边长为3的等边三角形.若AB=2,则球O的表面积为( )
A.4π B.12π C.16π D.32π
【解答】解:取CD的中点E,连结AE,BE,
∵在四面体ABCD中,AB⊥平面BCD,△BCD是边长为3的等边三角形.
∴Rt△ABC≌Rt△ABD,△ACD是等腰三角形,
△BCD的中心为G,作OG∥AB交AB的中垂线HO于O,O为外接球的中心,
BE=,BG=,
∴R=2.
四面体ABCD外接球的表面积为:4πR2=16π.
故选:C.
16.(2016•广西二模)已知三角形PAD所在平面与矩形ABCD所在平面互相垂直,PA=PD=AB=2,∠APD=90°,若点P、A、B、C、D都在同一球面上,则此球的表面积等于( )
A.4π B.π C.12π D.20π
【解答】解:设球心为O,如图.
由PA=PD=AB=2,∠APD=90°,可求得AD=2,
在矩形ABCD中,可求得对角线BD==2,
由于点P、A、B、C、D都在同一球面上,
∴球的半径R=BD=
则此球的表面积等于=4πR2=12π.
故选:C.
17.(2016•宁城县一模)四面体ABCD的四个顶点都在球O的球面上,AB=2,BC=CD=1,∠BCD=60°,AB⊥平面BCD,则球O的表面积为( )
A.8π B. C. D.
【解答】解:如图,∵BC=CD=1,∠BCD=60°
∴底面△BCD为等边三角形
取CD中点为E,连接BE,
∴△BCD的外心G在BE上,设为G,取BC中点F,连接GF,
在Rt△BCE中,由CE=,∠CBE=30°,得BF==,
又在Rt△BFG中,得BG=,
过G作AB的平行线与AB的中垂线HO交于O,
则O为四面体ABCD的外接球的球心,即R=OB,
∵AB⊥平面BCD,∴OG⊥BG,
在Rt△BGO中,求得OB=,
∴球O的表面积为.
故选:D.
18.(2016•北海一模)已知四棱锥P﹣ABCD的顶点都在球O上,底面ABCD是矩形,平面PAD⊥平面ABCD,△PAD为正三角形,AB=2AD=4,则球O的表面积为( )
A. B. C.32π D.64π
【解答】解:令△PAD所在圆的圆心为O1,△PAD为正三角形,AD=2,则圆O1的半径r=,
因为平面PAD⊥底面ABCD,AB=4,
所以OO1=AB=2,
所以球O的半径R==,
所以球O的表面积=4πR2=.
故选:B.
19.(2016•昆明三模)正三棱柱的底面边长为,侧棱长为2,且三棱柱的顶点都在同一球面上,则该球的表面积为( )
A.4π B.8π C.12π D.16π
【解答】解:设三棱柱ABC﹣A′B′C′的上、下底面的中心分别为O、O′,
根据图形的对称性,可得外接球的球心在线段OO′中点O1,
∵OA=AB=1,OO1=AA′=1
∴O1A=
因此,正三棱柱的外接球半径R=,可得该球的表面积为S=4πR2=8π
故选:B.
20.(2016•陕西模拟)已知正四面体的棱长,则其外接球的表面积为( )
A.8π B.12π C.π D.3π
【解答】解:将正四面体补成一个正方体,则正方体的棱长为1,正方体的对角线长为,
∵正四面体的外接球的直径为正方体的对角线长,
∴正四面体的外接球的半径为
∴外接球的表面积的值为4πr2=4=3π.
故选:D.
21.(2016•安康三模)一直三棱柱的每条棱长都是3,且每个顶点都在球O的表面上,则球O的半径为( )
A. B. C. D.3
【解答】解:正三棱柱的两个底面的中心的连线的中点就是球的球心,球心与顶点的连线长就是半径,
所以,r==.
故选:A.
22.(2016•抚顺一模)已知SC是球O的直径,A,B是该球面上的两点,△ABC是边长为的正三角形,若三棱锥S﹣ABC的体积为,则球O的表面积为( )
A.16π B.18π C.20π D.24π
【解答】解:根据题意作出图形.
设球心为O,球的半径r.过ABC三点的小圆的圆心为O1,则OO1⊥平面ABC,
延长CO1交球于点D,则SD⊥平面ABC.
∵CO1==1,
∴OO1=,
∴高SD=2OO1=2,
∵△ABC是边长为的正三角形,
∴S△ABC=,
∴V三棱锥S﹣ABC=××2=,
∴r=.则球O的表面积为20π
故选:C.
23.(2016•冀州市校级模拟)已知三棱锥P﹣ABC,在底面△ABC中,∠A=60°,BC=,PA⊥面ABC,PA=2,则此三棱锥的外接球的表面积为( )
A.π B.4π C.π D.16π
【解答】解:根据题意得出图形如下;O为球心,N为底面△ABC截面圆的圆心,ON⊥面ABC
∵,在底面△ABC中,∠A=60°,BC=,
∴根据正弦定理得出:=2r,
即r=1,
∵PA⊥面ABC,
∴PA∥ON,
∵PA=2,AN=1,ON=d,
∴OA=OP=R,
∴根据等腰三角形得出:PAO中PA=2d=2,d=
∵R2=12+()=4,
∴三棱锥的外接球的表面积为4πR2=16π
故选:D
24.(2016•南昌校级二模)已知A,B,C在球O的球面上,AB=1,BC=2,∠ABC=60°,直线OA与截面ABC所成的角为30°,则球O的表面积为( )
A.4π B.16π C.π D.π
【解答】解:∵A,B,C在球O的球面上,AB=1,BC=2,∠ABC=60°,
∴BC为△ABC外接圆的直径,
又∵直线OA与平面ABC成30°角
则球的半径R==
故球的表面积S=4×π×()2=π
故选:D.
25.(2016•白山四模)一直三棱柱的每条棱长都是3,且每个顶点都在球O的表面上,则球O的表面积为( )
A.21π B.24π C.28π D.36π
【解答】解:正三棱柱的两个底面的中心的连线的中点就是球的球心,球心与顶点的连线长就是半径,
所以,r==,球的表面积为:4πr2=4π()2=21π
故选:A.
26.(2016•福建模拟)在三棱锥P﹣ABC中,PA=2,PC=2,AB=,BC=3,∠ABC=,则三棱锥P﹣ABC外接球的表面积为( )
A.4π B.π C.π D.16π
【解答】解:由题意,AC==4,
∵PA=2,PC=2,
∴PA2+PC2=AC2,
∴PA⊥PC.
取AC的中点,则OA=OB=OC=OP,即O为三棱锥P﹣ABC外接球的球心,半径为2,
∴三棱锥P﹣ABC外接球的表面积为4πR2=16π.
故选:D.
27.(2016•南昌校级二模)已知A,B是球O的球面上两点,∠AOB=60°,C为该球面上的动点,若三棱锥O﹣ABC体积的最大值为,则球O的表面积为( )
A.36π B.64π C.144π D.256π
【解答】解:如图所示,当点C位于垂直于面AOB时,三棱锥O﹣ABC的体积最大,
设球O的半径为R,此时VO﹣ABC=VC﹣AOB==18,
故R=6,
则球O的表面积为4πR2=144π,
故选:C.
28.(2016•安徽三模)已知三棱锥A﹣BCD的四个顶点A、B、C、D都在球O的表面上,AC⊥平面BCD,BC⊥CD,且AC=,BC=2,CD=,则球O的表面积为( )
A.12π B.7π C.9π D.8π
【解答】解:由题意,AC⊥平面BCD,BC⊂平面BCD,
∴AC⊥BC,
∵BC⊥CD,AC∩CD=C,
∴BC⊥平面ACD,
∴三棱锥S﹣ABC可以扩充为以AC,BC,DC为棱的长方体,外接球的直径为体对角线,
∴4R2=AC2+BC2+CD2=12,
∴R=
∴球O的表面积为4πR2=12π,
故选:A.
29.(2016•永州二模)用一个与球心距离为1的平面去截球,所得截面的面积为π,则球的表面积为( )
A.4π B.8π C.12π D.16π
【解答】解:由已知中与球心距离为1的平面截球所得的圆面面积为π,
故该圆的半径为1,
故球的半径为,
故该球的表面积S=4πR2=8π
故选:B.
30.(2016•新乡模拟)在三棱锥A﹣BCD中,AB=,其余各棱长都为2,则该三棱锥外接球的表面积为( )
A.3π B.π C.6π D.π
【解答】解:取 A B,CD的中点分别为 E,O,
连接 EO,AO,BO,由题意知AO=BO=.
又,所以 AO⊥BO,EO=,
易知三棱锥外接球的球心G在线段EO上,
有R2=AE2+GE2,R2=CO2+GO2,
∴R2=()2+GE2,R2=12+(﹣GE)2,
求得,
所以其表面积为.
故选:D.