本题导读
本题考查正方体的几何性质,以及异面直线所成的角。
📌【题干】
Question
(2022年新高考I卷) 已知正方体 ,则()
A. 直线 与 所成的角为
B. 直线 与 所成的角为
C. 直线 与平面 所成的角为
D. 直线 与平面 所成的角为
🔍【思路分析】
破题导航
- 判定 A(异面直线角):利用平移法。在正方体中寻找与 平行的直线(如 ),将异面直线角转化为相交直线角。
- 判定 B(线线垂直):尝试证明 垂直于包含 的某个平面,或利用空间向量数量积为 0 进行判定。
- 判定 C(线面角):确定 到平面 的垂足,连接垂足与 ,确定线面角的平面角并求其正弦值。
- 判定 D(线面角):确定 到底面 的垂足,连接 ,判定 是否为 。
✅【答案】
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ABD
✍【详细解析】
Abstract
判定 A:异面直线 与 在正方体中, 且 ,故四边形 是平行四边形。 因此 。 直线 与 所成的角即为 与 所成的角。 由于 和 是正方形 的两条对角线,显然 。 故夹角为 ,A 正确。
判定 B:直线 与 由 A 可知 。 又因 平面 ,而 平面 ,故 。 因为 ,所以 平面 。 因为 平面 ,所以 。 故夹角为 ,B 正确。
判定 C:直线 与平面 的夹角 设正方体棱长为 。取 的中点为 。 连接 ,易知 且 ,故 平面 。 则 为 在平面 上的体现, 即为所求线面角。 在 中,(底面对角线的一半),(侧面积对角线)。 。 故线面角为 ,C 错误。
判定 D:直线 与平面 的夹角 因为 平面 ,所以 为 在底面上的体现。 即为直线 与底面所成的角。 在等腰直角 中,,D 正确。
综上所述,正确选项为 ABD。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 异面直线角的“平移”思维:在正方体这种对称性极强的模型中,寻找平行线(如 )是化异面为相交的常规套路。
- 线面垂直的传递性:证明“线线垂直”最高级的办法是证明“线面垂直”。如 B 项中通过证明 截面 来得出结论。
- 线面角的“垂足”定位:求线面角必须先找垂足。在 C 项中,利用正方体顶面的对称性确定 在对角面上的体现点是解题关键。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 方法拓展:对于多选题,若几何逻辑推导困难,可建立空间直角坐标系,利用向量夹角公式 进行定量计算。
- 变式思考:若将 C 项中的平面改为 ,线面角会发生变化吗?(提示:由于对称性,结论应与原题一致)。
- 名师寄语:立体几何不只是“看”出来的,更是“证”出来的。正方体里的每一条对角线都蕴含着丰富的垂直关系,熟记常用的垂直截面能显著提高做题速度。
🔗【关联脉络】
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