本题导读

本题考查球的截面性质,以及三棱锥。

📌【题干】

Question

(2021年甲卷理)已知 是半径为 的球 的球面上的三个点,且 ,,则三棱锥 的体积为(  )

A.       B.       C.       D.

🔍【思路分析】

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  1. 确定底面特征与外接圆心:已知在 中,,即 为直角三角形。根据平面几何性质,直角三角形的外接圆圆心 位于斜边 的中点。

  2. 利用球的截面性质定高:根据球的截面性质,球心 与截面圆心 的连线必定垂直于截面,即 平面 。故 即为三棱锥 的高。

  3. 几何计算:

    • 在 中求出斜边 ,进而得出截面圆半径 。

    • 在由球心、截面圆心和球面上一点构成的 中,利用勾股定理结合球的半径 计算出高 。

  4. 计算体积:代入三棱锥体积公式 求解。

✅【答案】

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A

✍【详细解析】

Abstract

1. 分析底面 的几何特征:

因为 且 ,

所以底面 为等腰直角三角形。

其面积为 。

2. 确定截面圆心位置:

所在的截面是一个圆(球的小圆)。

因为 是直角三角形,它的外接圆圆心 必然是斜边 的中点。

根据勾股定理,斜边 。

故截面圆的半径 。

3. 计算三棱锥的高 :

根据球的性质,球心与截面圆心的连线垂直于该截面,即 平面 。

此时 即为三棱锥的高。

在 中,斜边 是球的半径,已知 。

根据勾股定理:

OO_1 = \sqrt{OA^2 - AO_1^2}$$$$OO_1 = \sqrt{1^2 - \left(\frac{\sqrt{2}}{2}\right)^2} = \sqrt{1 - \frac{1}{2}} = \sqrt{\frac{1}{2}} = \frac{\sqrt{2}}{2}

4. 计算三棱锥的体积:

V_{O-ABC} = \frac{1}{3} \cdot S_{\triangle ABC} \cdot OO_1$$$$V = \frac{1}{3} \times \frac{1}{2} \times \frac{\sqrt{2}}{2} = \frac{\sqrt{2}}{12}

结论:

对应选项 A 正确。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  • 核心技巧:处理球与多面体的内接问题,最重要的一步是寻找截面圆的圆心。对于直角三角形,外心在斜边中点;对于正三角形,外心是重心。

  • 规律总结:球的核心计算模型是 (球心、截面圆心、截面边缘点),它连接了球的半径 、截面圆半径 和弦心距(几何体的高):。熟练构建这个直角三角形是解决球体题目的关键。

  • 避坑指南:在计算最终体积时,三棱锥的体积公式带有系数 ,底面三角形的面积公式带有系数 ,切忌遗漏导致错选干扰项。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源:待补

  2. 结论推广:待补

🔗【关联脉络】

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