本题导读

本题考查正三棱柱的几何性质,以及直线与平面所成的角。

📌【题干】

Question

(2004年浙江卷(理)) 如图,在正三棱柱 中已知 , 在棱 上,且 ,若 与平面 所成的角为 ,则 ()

A.        B.        C.        D.

🔍【思路分析】

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  1. 分析平面特征:平面 是三棱柱的一个侧面。要求 与该侧面所成的角,关键是寻找点 在平面 上的射影。
  2. 寻找垂线段:由于侧棱垂直于底面,通过作底面等边 的高线,可以直接确定垂足。过 作 的垂线 垂足为 ,则 平面 。
  3. 射影转化求角:因为 平面 ,点 到平面的距离等于点 到平面的距离。过 作平面的垂线,垂足为 ,则 即为所求线面角 。在直角 中利用正弦或正切求出角。

✅【答案】

Success

D

✍【详细解析】

Abstract

解:

  • 第一步:作垂线寻找点 在平面 上的射影 在正三棱柱 中,底面 是边长为 1 的正三角形。 取 的中点 ,连接 。因为 为正三角形,所以: 又因为侧棱 底面 ,且 平面 ,所以: 由于 ,根据线面垂直判定定理, 平面 。

  • 第二步:平移构建直角三角形 因为棱 平面 ,点 在 上, 过点 作平面 的垂线,其垂足记为 ,则线段 长度等于 的长度。 根据等边三角形高线公式,可得垂线段长: 连接 ,则 是斜线 在平面 内的射影。 因此,直线 与平面 所成的角 即为:

  • 第三步:计算斜线段 的长度 在侧面 中,侧棱 ,故 是直角三角形。 已知 ,,运用勾股定理求斜边 :

  • 第四步:在直角 中求解角 因为 平面 ,且 平面 ,所以 是以 为直角的直角三角形。 在该直角三角形中,利用正弦公式求出 : 因此,角 的大小为:

综合上述, (D) 选项符合题意。

答案:D

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 核心考点:正三棱柱中面面垂直引发的线面垂直关系、线面角在直角三角形中的精确定义与三角函数值计算。
  2. 核心方法:等形射影法(传统几何作图法)。
  3. 避坑指南:
    • 不要误以为 或 是线面角。线面角的唯一定义是斜线与它在平面内射影的夹角。由于 和 点在侧面外的对称分布,必须作等边三角形的高线才能精准定位射影垂足。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源: 经典大纲版高考立体几何空间求角(线面角)基础选择题。
  2. 结论推广: 一般地,在一个底面边长为 的正三棱柱中,动点 沿侧棱移动。设 到靠拢底面的距离为 ,则直线 与相对侧面所成角 的正弦值恒满足解析通式: 。代入本题参数 。

🔗【关联脉络】

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