本题导读

本题考查正四棱锥外接球的表面积计算。核心在于确定球心的位置,并利用直角三角形中的勾股定理建立半径、棱锥高与底面外接圆半径之间的数量关系。

📌【题干】

Question

(2014年大纲卷(理)) 正四棱锥的顶点都在同一球面上,若该棱锥的高为 4,底面边长为 2,则该球的表面积为()

A.       B.       C.       D.

🔍【思路分析】

破题导航

  1. 确定球心位置:由于是正四棱锥,其外接球的球心 必然在棱锥的高 所在的直线上(其中 为顶点, 为底面中心)。

  2. 构建直角三角形:连接球心 与底面一个顶点 。在 中,利用勾股定理建立等式。

    • 设球半径为 。

    • 则 。

    • 是底面正方形外接圆的半径。

    • (或 )。

  3. 求解半径并计算面积:解方程求出 ,代入球的表面积公式 。

✅【答案】

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A

✍【详细解析】

Abstract

第一步:分析几何参数

设正四棱锥为 ,高 ,底面边长 。

底面正方形 的中心为 ,则对角线 。

底面中心到顶点的距离 。

第二步:利用勾股定理求半径

设外接球球心为 ,半径为 。球心 在 上。

连接 ,在 中:

解得 。

第三步:计算表面积

根据球的表面积公式:

故选 A

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 核心考点:球心到多面体各顶点的距离相等(均为 )。

  2. 核心方法:对于正棱锥、直棱柱的外接球问题,“构造直角三角形”是通用方法。

  3. 避坑指南:计算 时,要注意球心可能在棱锥内部也可能在外部,但公式 展开后结果一致,不影响最终计算。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源: 球的体积公式 、球的切面性质。

  2. 结论推广: 正四棱锥外接球半径公式 ,其中 为高, 为底面外接圆半径。

  3. 方法推广: 补形法。有些特殊的内接体可以通过补成长方体来快速求直径(体对角线)。

🔗【关联脉络】

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