高中数学人教B版 (2019)选择性必修 第一册第一章　空间向量与立体几何1.2 空间向量在立体几何中的应用1.2.4 二面角教案配套ppt课件

这是一份高中数学人教B版 (2019)选择性必修 第一册第一章　空间向量与立体几何1.2 空间向量在立体几何中的应用1.2.4 二面角教案配套ppt课件，共45页。PPT课件主要包含了内容索引，课前篇自主预习，课堂篇探究学习，激趣诱思，知识点拨，二面角及其度量，微练习，答案B，答案D，规范答题等内容，欢迎下载使用。

地球绕太阳公转的轨道平面称为“黄道面”,黄道面与地球赤道面的交角(二面角的平面角)为23°26'.黄道面与天球相交的大圆称为“黄道”.黄道及其附近的南北宽9°以内的区域称为黄道带,太阳及大多数行星在天球上的位置常在黄道带内.黄道带内有十二个星座,称为“黄道十二宫”.从春分(节气)点起,每30°便是一宫,并冠以星座名,如白羊座、狮子座、双子座等等,这便是星座的由来.
微思考两个平面相交时,它们所成角的取值范围是什么?提示 (0°,90°]
(1)如图,AB是圆的直径,PA⊥AC,PA⊥BC,C是圆上一点(不同于A,B),且PA=AC,则二面角P-BC-A的平面角为(　　)A.∠PAC　　　　　　　B.∠CPAC.∠PCA D.∠CAB
答案 C解析 ∵C是圆上一点(不同于A,B),AB是圆的直径,∴AC⊥BC,又PA⊥BC,AC∩PA=A,即BC⊥平面PAC,而PC⊂平面PAC,∴BC⊥PC,又平面ABC∩平面PBC=BC,PC∩AC=C,∴由二面角的定义知∠PCA为二面角P-BC-A的平面角.故选C.
(2)在正方体ABCD-A1B1C1D1中,平面B1C1DA与平面BCDA所形成的平面角大小为　　　　. 答案 45°
2.用空间向量求二面角的大小(1)如果n1,n2分别是平面α1,α2的一个法向量,设α1与α2所成角的大小为θ,则有θ=或θ=π-,特别地,sin θ=sin.
(2)设二面角α-l-β为θ,平面α,β的法向量分别为n1,n2,有|cs θ|=|cs|= 成立.
名师点析利用公式cs= (n1,n2分别为两平面的法向量)进行求解,注意与二面角大小的关系,是相等还是互补,需结合图形进行判断.如图②④中就是二面角α-l-β的平面角的补角;如图①③中就是二面角α-l-β的平面角.
微判断(1)二面角的大小就是该二面角两个半平面的法向量的夹角.(　　)(2)若二面角两个半平面的法向量的夹角为120°,则该二面角的大小等于60°或120°.(　　)答案 (1)×　(2)√
微练习(1)在正方体ABCD-A1B1C1D1中,点E为BB1的中点,则平面A1ED与平面ABCD所成的角的余弦值为(　　)
解析 以A为原点建立如图所示的空间直角坐标系Axyz,设棱长为1,则
(2)如图,正三角形ACB与正三角形ACD所在平面互相垂直,则二面角B-CD-A的余弦值是(　　)
解析 如图所示,取AC中点E,连接BE,DE,在正三角形ACB与正三角形ACD中,BE⊥AC,DE⊥AC,因为平面ACB⊥平面ACD,平面ACB∩平面ACD=AC,
例1如图所示,PC⊥平面ABC,AB=BC=CA=PC,求二面角B-PA-C的平面角的正切值.分析由PC⊥平面ABC,知平面ABC⊥平面PAC,从而B在平面PAC上的射影在AC上,由此可用三垂线定理作出二面角的平面角.
解 ∵PC⊥平面ABC,∴平面PAC⊥平面ABC,交线为AC.作BD⊥AC于点D,据面面垂直性质定理,BD⊥平面PAC,作DE⊥PA于点E,连接BE,据三垂线定理,则BE⊥PA,从而∠BED是二面角B-PA-C的平面角.设PC=a,依题意知△ABC是边长为a的正三角形,
∵PC=CA=a,∠PCA=90°,∴∠PAC=45°,
反思感悟1.本题解法使用了三垂线定理来作出二面角的平面角后,再用解三角形的方法来求解.2.二面角的定义求法主要有:(1)由定义作出二面角的平面角;(2)利用三垂线定理(逆定理)作出二面角的平面角;(3)作二面角棱的垂面,则垂面与二面角两个面的交线所成的角就是二面角的平面角.
变式训练1 如图,已知二面角α-a-β等于120°,PA⊥α,A∈α,PB⊥β,B∈β,求∠APB的大小.
解 设平面PAOB∩α=OA,平面PAOB∩β=OB.∵PA⊥α,a⊂α,∴PA⊥a.同理PB⊥a.∴a⊥平面PAOB.又∵OA⊂平面PAOB,∴a⊥OA.同理a⊥OB.∴∠AOB是二面角α-a-β的平面角.在四边形PAOB中,∠AOB=120°,∠PAO=∠PBO=90°,所以∠APB=60°.
例2如图,四棱柱ABCD-A1B1C1D1的所有棱长都相等,AC∩BD=O,A1C1∩B1D1=O1,四边形ACC1A1和四边形BDD1B1均为矩形.(1)证明:O1O⊥底面ABCD;(2)若∠CBA=60°,求二面角C1-OB1-D的余弦值.
(1)证明 因为四边形ACC1A1和四边形BDD1B1均为矩形,所以CC1⊥AC,DD1⊥BD,又CC1∥DD1∥OO1,所以OO1⊥AC,OO1⊥BD,因为AC∩BD=O,所以O1O⊥底面ABCD.(2)解 因为四棱柱的所有棱长都相等,所以四边形ABCD为菱形,AC⊥BD,又O1O⊥底面ABCD,所以OB,OC,OO1两两垂直.
如图,以O为原点,OB,OC,OO1所在直线分别为x,y,z轴,建立空间直角坐标系.设棱长为2,因为∠CBA=60°,
设平面OC1B1的法向量为m=(x,y,z),
反思感悟利用向量方法求二面角的大小时,多采用求法向量的方法,即求出两个面的法向量,然后通过法向量的夹角来得到二面角的大小,但利用这种方法求解时,要注意结合图形观察分析,确定二面角是锐二面角还是钝二面角,不能将两个法向量的夹角与二面角的大小完全等同起来.
延伸探究如果本例条件不变,求二面角B-A1C-D的余弦值.
变式训练2如图所示,在几何体S-ABCD中,AD⊥平面SCD,BC⊥平面SCD,AD=DC=2,BC=1,又SD=2,∠SDC=120°,求平面SAD与平面SAB所成角的余弦值.
解 如图,过点D作DC的垂线交SC于E,以D为原点,以DC,DE,DA所在直线分别为x,y,z轴建立空间直角坐标系.∵∠SDC=120°,∴∠SDE=30°,又SD=2,
用逆向思维解决二面角问题案例如图,已知四棱台ABCD-A1B1C1D1的上、下底面分别是边长为3和6的正方形,A1A=6,且A1A⊥底面ABCD,点P,Q分别在棱DD1,BC上.(1)若P是DD1的中点,证明:AB1⊥PQ;
(1)证明 由题设知,AA1,AB,AD两两垂直,以A为坐标原点,AB,AD,AA1所在直线分别为x轴,y轴,z轴,建立如图所示的空间直角坐标系,则相关各点的坐标为A(0,0,0),B1(3,0,6),D(0,6,0),D1(0,3,6),Q(6,m,0),其中m=BQ,0≤m≤6.
归纳提升此类问题属于结论探索类问题.解决此类问题要注意分析题目的整体结构,在此基础上建立空间直角坐标系,引入参数,将所求问题先转化为一个含参数的方程问题,参数确定后其他问题就迎刃而解.
1.已知平面α内有一个以AB为直径的圆,PA⊥α,点C在圆周上(异于点A,B),点D,E分别是点A在PC,PB上的射影,则(　　)A.∠ADE是二面角A-PC-B的平面角B.∠AED是二面角A-PB-C的平面角C.∠DAE是二面角B-PA-C的平面角D.∠ACB是二面角A-PC-B的平面角答案 B
解析 由于二面角的范围是[0,π],而二面角的两个半平面α与β的法向量都有两个方向,因此二面角α-l-β的大小为 ,故选C.
3.已知两平面的法向量分别为m=(0,1,0),n=(0,1,1),则两平面所成的二面角为(　　)A.45° B.135°C.45°或135°D.90°
4.如图所示,点A,B,C分别在空间直角坐标系Oxyz的三条坐标轴上, =(0,0,2),平面ABC的一个法向量为n=(2,1,2),设二面角C-AB-O的大小为θ,则cs θ=　　　　. 
5.在底面为直角梯形的四棱锥S-ABCD中,∠ABC=90°,SA⊥平面ABCD,SA=AB=BC=1,AD= ,求平面SCD与平面SAB所成角的余弦值.
解 以A为原点建立空间直角坐标系如图.