题目内容
(2013•河北)一透明的敞口正方体容器ABCD-A′B′C′D′装有一些液体,棱AB始终在水平桌面上,容器底部的倾斜角为α(∠CBE=α,如图1所示).探究 如图1,液面刚好过棱CD,并与棱BB′交于点Q,此时液体的形状为直三棱柱,其三视图及尺寸如图2所示.
解决问题:
(1)CQ与BE的位置关系是
(2)求液体的体积;(参考算法:直棱柱体积V液=底面积S△BCQ×高AB)
(3)求α的度数.(注:sin49°=cos41°=
,tan37°=
)
拓展:在图1的基础上,以棱AB为轴将容器向左或向右旋转,但不能使液体溢出,图3或图4是其正面示意图.若液面与棱C′C或CB交于点P,设PC=x,BQ=y.分别就图3和图4求y与x的函数关系式,并写出相应的α的范围.
延伸:在图4的基础上,于容器底部正中间位置,嵌入一平行于侧面的长方形隔板(厚度忽略不计),得到图5,隔板高NM=1dm,BM=CM,NM⊥BC.继续向右缓慢旋转,当α=60°时,通过计算,判断溢出容器的液体能否达到4dm3.
解决问题:
(1)CQ与BE的位置关系是
CQ∥BE
CQ∥BE
,BQ的长是3
3
dm;(2)求液体的体积;(参考算法:直棱柱体积V液=底面积S△BCQ×高AB)
(3)求α的度数.(注:sin49°=cos41°=
3 |
4 |
3 |
4 |
拓展:在图1的基础上,以棱AB为轴将容器向左或向右旋转,但不能使液体溢出,图3或图4是其正面示意图.若液面与棱C′C或CB交于点P,设PC=x,BQ=y.分别就图3和图4求y与x的函数关系式,并写出相应的α的范围.
延伸:在图4的基础上,于容器底部正中间位置,嵌入一平行于侧面的长方形隔板(厚度忽略不计),得到图5,隔板高NM=1dm,BM=CM,NM⊥BC.继续向右缓慢旋转,当α=60°时,通过计算,判断溢出容器的液体能否达到4dm3.
分析:(1)根据水面与水平面平行可以得到CQ与BE平行,利用勾股定理即可求得BQ的长;
(2)液体正好是一个以△BCQ是底面的直棱柱,据此即可求得液体的体积;
(3)根据液体体积不变,据此即可列方程求解;
延伸:当α=60°时,如图6所示,设FN∥EB,GB′∥EB,过点G作GH⊥BB′于点H,此时容器内液体形成两层液面,液体的形状分别是以Rt△NFM和直角梯形MBB′G为底面的直棱柱,求得棱柱的体积,即可求得溢出的水的体积,据此即可作出判断.
(2)液体正好是一个以△BCQ是底面的直棱柱,据此即可求得液体的体积;
(3)根据液体体积不变,据此即可列方程求解;
延伸:当α=60°时,如图6所示,设FN∥EB,GB′∥EB,过点G作GH⊥BB′于点H,此时容器内液体形成两层液面,液体的形状分别是以Rt△NFM和直角梯形MBB′G为底面的直棱柱,求得棱柱的体积,即可求得溢出的水的体积,据此即可作出判断.
解答:解:(1)CQ∥BE,BQ=
=3;
(2)V液=
×3×4×4=24(dm3);
(3)在Rt△BCQ中,tan∠BCQ=
,
∴α=∠BCQ=37°.
当容器向左旋转时,如图3,0°≤α≤37°,
∵液体体积不变,
∴
(x+y)×4×4=24,
∴y=-x+3.
当容器向右旋转时,如图4.同理可得:y=
;
当液面恰好到达容器口沿,即点Q与点B′重合时,如图5,
由BB′=4,且
PB•BB′×4=24,得PB=3,
∴由tan∠PB′B=
,得∠PB′B=37°.
∴α=∠B′PB=53°.此时37°≤α≤53°;
延伸:当α=60°时,如图6所示,设FN∥EB,GB′∥EB,过点G作GH⊥BB′于点H.
在Rt△B′GH中,GH=MB=2,∠GB′B=30°,
∴HB′=2
.
∴MG=BH=4-2
<MN.
此时容器内液体形成两层液面,液体的形状分别是以Rt△NFM和直角梯形MBB′G为底面的直棱柱.
∵S△NFM+SMBB′G=
×
×1+
(4-2
+4)×2=8-
.
∴V溢出=24-4(8-
)=
-8>4(dm3).
∴溢出液体可以达到4dm3.
52-42 |
(2)V液=
1 |
2 |
(3)在Rt△BCQ中,tan∠BCQ=
3 |
4 |
∴α=∠BCQ=37°.
当容器向左旋转时,如图3,0°≤α≤37°,
∵液体体积不变,
∴
1 |
2 |
∴y=-x+3.
当容器向右旋转时,如图4.同理可得:y=
12 |
4-x |
当液面恰好到达容器口沿,即点Q与点B′重合时,如图5,
由BB′=4,且
1 |
2 |
∴由tan∠PB′B=
3 |
4 |
∴α=∠B′PB=53°.此时37°≤α≤53°;
延伸:当α=60°时,如图6所示,设FN∥EB,GB′∥EB,过点G作GH⊥BB′于点H.
在Rt△B′GH中,GH=MB=2,∠GB′B=30°,
∴HB′=2
3 |
∴MG=BH=4-2
3 |
此时容器内液体形成两层液面,液体的形状分别是以Rt△NFM和直角梯形MBB′G为底面的直棱柱.
∵S△NFM+SMBB′G=
1 |
2 |
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3 |
1 |
2 |
3 |
11
| ||
6 |
∴V溢出=24-4(8-
11
| ||
6 |
22
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3 |
∴溢出液体可以达到4dm3.
点评:本题考查了四边形的体积计算以及三视图的认识,正确理解棱柱的体积的计算是关键.
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