陕西省永寿县中学2023~2024学年度高一第二学期期中考试(24565A)数学

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陕西省永寿县中学2023~2024学年度高一第二学期期中考试(24565A)数学试卷答案

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15.(12分)如图所示,P、Q是两个厚度不计的活塞,可在竖直固定的两端开口的汽缸内无摩擦地滑动,其面积分别为S1=30cm^2、S2=10cm^2,,质量分别为M1=1.5kg、M2=2.5kg,它们之间用一根长为43d1的轻质细杆连接,静止时汽缸中气体的温度为T1=600K,,活塞P下方气柱(较粗的一段气柱)长为d=12cm,,已知大气压强p0=110^5Pa,取g=10m/s^2,缸内气体可看作理想气体,活塞在移动过程中不漏气。(1)求活塞静止时汽缸内气体的压强。(2)若缸内气体的温度逐渐降为T2=300K,已知该过程中缸内气体的内能减小100J,,求活塞下移的距离h和气体放出的热量Q。

分析（1）求出圆心坐标与半径，设直线l₂的方程y=k（x-1），利用PQ=6，可得圆心到直线的距离d=$\frac{|2k-1|}{\sqrt{{k}^{2}+1}}$=$\sqrt{10-9}$，即可求直线l₂的方程；
（2）设M（x，y），由点M在线段AD上，得2x+ty-2t=0，由AM≤2BM，得（x-$\frac{4}{3}$）²+（y+$\frac{2}{3}$）²≥$\frac{20}{9}$，依题意，线段AD与圆（x-$\frac{4}{3}$）²+（y+$\frac{2}{3}$）²=$\frac{20}{9}$至多有一个公共点，故$\frac{{|{\frac{8}{3}-\frac{8}{3}t}|}}{{\sqrt{4+{t^2}}}}≥\frac{{2\sqrt{5}}}{3}$，由此入手能求出△EPQ的面积的最小值．

解答解：（1）由题意，圆心坐标为（3，1），半径为$\sqrt{10}$，则
设直线l₂的方程y=k（x-1），即kx-y-k=0，
∴圆心到直线的距离d=$\frac{|2k-1|}{\sqrt{{k}^{2}+1}}$=$\sqrt{10-9}$，
∴k=0或$\frac{4}{3}$，（3分）
当k=0时，直线l₁与y轴无交点，不合题意，舍去．
∴k=$\frac{4}{3}$时直线l₂的方程为4x-3y-4=0．（6分）
（2）设M（x，y），由点M在线段AD上，得$\frac{x}{t}+\frac{y}{2}=1$，2x+ty-2t=0．
由AM≤2BM，得（x-$\frac{4}{3}$）²+（y+$\frac{2}{3}$）²≥$\frac{20}{9}$．（8分）
依题意知，线段AD与圆（x-$\frac{4}{3}$）²+（y+$\frac{2}{3}$）²=$\frac{20}{9}$至多有一个公共点，
故$\frac{{|{\frac{8}{3}-\frac{8}{3}t}|}}{{\sqrt{4+{t^2}}}}≥\frac{{2\sqrt{5}}}{3}$，解得$t≤\frac{{16-10\sqrt{3}}}{11}$或t≥$\frac{16+10\sqrt{3}}{11}$．
因为t是使AM≤2BM恒成立的最小正整数，所以t=4．
所以圆圆C的方程为（x-2）²+（y-1）²=5．
①当直线l₂：x=1时，直线l₁的方程为y=0，此时，S_DEPQ=2；（10分）
②当直线l₂的斜率存在时，设l₂的方程为y=k（x-1），k≠0，
则l₁的方程为y=-$\frac{1}{k}$（x-1），点E（0，$\frac{1}{k}$），∴BE=$\sqrt{1+\frac{1}{{k}^{2}}}$，
又圆心到l₂的距离为$\frac{|k+1|}{\sqrt{1+{k}^{2}}}$，
∴PQ=2$\sqrt{\frac{4{k}^{2}-2k+4}{1+{k}^{2}}}$，
∴S_△EPQ=$\frac{1}{2}$•$\sqrt{1+\frac{1}{{k}^{2}}}$•2$\sqrt{\frac{4{k}^{2}-2k+4}{1+{k}^{2}}}$=$\sqrt{4（\frac{1}{k}-\frac{1}{4}）^{2}+\frac{15}{4}}$≥$\frac{\sqrt{15}}{2}$．
∵$\frac{\sqrt{15}}{2}$＜2，
∴（S_△EPQ）_min=$\frac{\sqrt{15}}{2}$．（14分）

点评本题考查直线方程，考查三角形面积的最小值的求法，确定三角形面积是关键．

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