解题思路:(I)连接CD1,由直四棱柱的性质,可得A1D1BC是平行四边形,从而CD1∥A1B,再用三角形中位线定理证出EF∥CD1,所以EF∥A1B,最后用线面平行的判定定理,可证出EF∥平面A1BD;
(II)连接AC与BD相交于点O,连接A1O,EO.利用线面垂直的判定与性质可证出A1O⊥BD、EO⊥BD,从而∠A1OE就是二面角
A1-BD-E的平面角.因此要使A1-BD-E为直二面角,即∠A1OE=90°,由平几知识可得△A1AO~△OCE,利用对应线段成比例结合已知条件,可得当CE的长度为[3/4]时,二面角A1-BD-E为直二面角.
(I)连接CD1,
∵直四棱柱ABCD-A1B1C1D1中,A1D1∥B1C1,A1D1=B1C1且B1C1∥BC,B1C1=BC
∴四边形A1D1BC是平行四边形,可得CD1∥A1B
∵△C1CD1中,EF是中位线,∴EF∥CD1
∴EF∥A1B-----(3分)
∵EF⊄面ABB1A1,A1B⊆面ABB1A1
∴EF∥平面A1BD;…(6分)
(II)连接AC与BD相交于点O,连接A1O,EO
∵AA1⊥平面ABCD,BD⊆平面ABCD,∴BD⊥AA1
∵菱形ABCD中,AC⊥BD,AC、AA1是平面AA1C1C内的相交直线,
∴BD⊥平面AA1C1C
∵A1O、EO⊆平面AA1C1C,∴A1O⊥BD、EO⊥BD
∴∠A1OE就是二面角A1-BD-E的平面角,
因此,要使A1-BD-E为直二面角,即∠A1OE=90°,可得∠A1OA+∠EOC=90°
∴∠OEC=∠A1OA=90°-∠EOC,结合∠A1AO=∠OCE=90°,得△A1AO~△OCE.
设CE=x,所以
AA1
OC=[OA/CE],…(*)
∵四边形ABCD是∠DAB=60°的菱形,AB=2
∴AO=OC=[1/2]AC=
3,
又因为AA1=4,代入(*)可得
4
3=
3
x,解之得x=
3
4
∴当CE的长度为[3/4]时,二面角A1-BD-E为直二面角.…(12分)
点评:
本题考点: 二面角的平面角及求法;直线与平面平行的判定.
考点点评: 本题给出底面为菱形的直四棱柱,证明直线与平面平行并探求了平面与平面成直角的问题,着重考查了线面平行的判定和面面垂直的定义,以及二面角的平面角求法等知识,属于中档题.