| 8.6.2 直线与平面垂直 题目答案及解析

稿件来源:高途

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必修二

第八章 立体几何初步

8.6 空间直线、平面的垂直

8.6.2 直线与平面垂直

如图,在棱长为$2$的正方体$ABCD-{{A}_{1}}{{B}_{1}}{{C}_{1}}{{D}_{1}}$中,已知$N$$Q$分别是棱$A{{A}_{1}}$$C{{C}_{1}}$的中点,$M$$P$分别是棱${{D}_{1}}{{C}_{1}}$$BC$上的动点,下列结论正确的是$(\qquad)$

 

["

四面体$ADPM$的体积为定值

","

不存在动点$M$$P$,使得$PM\\perp NQ$

","

直线$CM$与平面${{A}_{1}}{{B}_{1}}CD$所成角的范围是$\\left[\\dfrac{\\pi }{6},\\dfrac{\\pi }{4}\\right]$

","

$M$$P$分别是棱${{D}_{1}}{{C}_{1}}$$BC$的中点,由平面$MNQ$分割该正方体,其中截面$MNQ$上方的部分为几何体$\\Omega $,某球能够被整体放入几何体$\\Omega $,则该球半径的最大值为$\\dfrac{3-\\sqrt{3}}{2}$

"]
[["ACD"]]

对于$\rm A$${{V}_{ADPM}}={{V}_{M-ADP}}=\dfrac{1}{3}{{S}_{\triangle ADP}}\cdot D{{D}_{1}}=\dfrac{1}{3}\times \dfrac{1}{2}\times 2\times 2\times 2=\dfrac{4}{3}$$\rm A$正确;

对于$\rm B$,连接$AC$$BD$相交于$O$,当$P$是棱$BC$上的动点时,

$P$$PE//BD$$DC$$E$,过$E$$EM//D{{D}_{1}}$$D{{D}_{1}}$$M$,连接$MP$

由于$AC\perp BD$$PE//BD$,故$PE\perp AC$

$EM//D{{D}_{1}}D{{D}_{1}}\perp $平面$ABCD$

$EM\perp $平面$ABCD$$AC\subset $平面$ABCD$

$EM\perp AC$$EM\cap{E}P=E$$EM$$EP\subset $平面$EMP$$PM\subset $平面$EMP$

$AC\perp PM$

由于$N$$Q$分别是棱$A{{A}_{1}}$,的中点,

$\therefore NQ//AC$

$\therefore NQ\perp PM$,故$\rm B$错误; 

对于$\rm C$,由于$CD\perp $平面$AD{{D}_{1}}{{A}_{1}}$$A{{D}_{1}}\subset $平面$AD{{D}_{1}}{{A}_{1}}$,故$A{{D}_{1}}\perp CD$

$A{{D}_{1}}\perp {{A}_{1}}D$$CD\cap{{{A}_{1}}}D=D$$CD$${{A}_{1}}D\subset $平面${{A}_{1}}DC{{B}_{1}}$

$A{{D}_{1}}\perp $平面${{A}_{1}}DC{{B}_{1}}$

${{D}_{1}}$到平面${{A}_{1}}DC{{B}_{1}}$的距离为$\dfrac{1}{2}{{D}_{1}}A=\sqrt{2}$

${{D}_{1}}{{C}_{1}}$$\not\subset$平面${{A}_{1}}DC{{B}_{1}}$

${{D}_{1}}{{C}_{1}}//$平面${{A}_{1}}DC{{B}_{1}}$

因此$M$到平面${{A}_{1}}DC{{B}_{1}}$的距离与${{D}_{1}}$到平面${{A}_{1}}DC{{B}_{1}}$的距离相等,即距离为$d=\sqrt{2}$

由于$C{{C}_{1}}=2$$C{{D}_{1}}=2\sqrt{2}$

$\therefore MC\in [2,2\sqrt{2}]$

设直线$CM$与平面${{A}_{1}}{{B}_{1}}CD$$\theta $

$\sin \theta =\dfrac{d}{CM}=\dfrac{\sqrt{2}}{CM}\in \left[\dfrac{1}{2},\dfrac{\sqrt{2}}{2}\right]$

由于$\theta \in \left[0,\dfrac{\pi }{2}\right]$

$\theta \in \left[\dfrac{\pi }{6},\dfrac{\pi }{4}\right]$$\rm C$正确; 

对于$\rm D$$R$$S$分别是棱${{A}_{1}}{{D}_{1}}$$AB$的中点,点$Q$$C{{C}_{1}}$中点时,平面$MNP$在正方体上的截面为正六边形$MRNSPQ$

某球能够被整体放入$\Omega $,该球的半径最大时,是以${{B}_{1}}$为顶点,底面为正六边形$MRNSPQ$的正六棱锥的内切球,正六边形$MRNSPQ$的边长为$\sqrt{2}$,面积为$6\times \dfrac{1}{2}\times \sqrt{2}\times \sqrt{2}\times \dfrac{\sqrt{3}}{2}=3\sqrt{3}$

正六棱锥${{B}_{1}}-MRNSPQ$,侧棱长$\sqrt{5}$,每个侧面面积为$\dfrac{3}{2}$,棱锥的高为$\sqrt{3}$

设该球的半径为$R$,由体积法可得$\dfrac{1}{3}\times 3\sqrt{3}\times \sqrt{3}=\dfrac{1}{3}\left(3\sqrt{3}+6\times \dfrac{3}{2}\right)R$

解得$R=\dfrac{3-\sqrt{3}}{2}$$\rm D$正确.

故选:$\rm ACD$

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