题目内容

13.正四棱柱的底面边长为2,侧棱长为3,在此棱柱内放入一个半径为1的小球,当小球在棱柱内部自由运动时,则在棱柱内部小球所不能到达的空间的体积为24-$\frac{7π}{3}$.

分析 小球在盒子不能到达的空间要分以下几种情况,在正四棱柱顶点处的小正方体中,其体积等于小正方体体积减球的体积,在以正四棱柱的棱为一条棱的4个四棱柱空间内,小球不能到达的空间共为4×[2×2×1-($\frac{1}{4}$×π×12×1)]=16-π,其他空间小球均能到达,综合后即可得到结果.

解答 解:在正四棱柱的8个顶点处的单位立方体空间内,
小球不能到达的空间为:8(1-$\frac{1}{8}×\frac{4}{3}×π×{1}^{3}$)=8-$\frac{4}{3}$π,
除此之外,在以正四棱柱的棱为一条棱的4个四棱柱空间内,
小球不能到达的空间共为4×[2×2×1-($\frac{1}{4}$×π×12×1)]=16-π.
其他空间小球均能到达.
故小球不能到达的空间体积为:8-$\frac{4}{3}$π+16-π=24-$\frac{7π}{3}$.
故答案为:24-$\frac{7π}{3}$.

点评 本题考查了球的体积,棱柱的体积,其中熟练掌握棱柱和不规则几何题的结构特征,建立良好的空间想象能力是解答本题的关键.

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