本题导读

本题考查圆柱与球的体积计算及其实际应用,重点在于根据高度与排水/淹没关系建立等量方程。

📌【题干】

Question

(2010年湖北卷(理)) 圆柱形容器内部盛有高度为 的水,若放入三个相同的球(球的半径与圆柱的底面半径相同)后,水恰好淹没最上面的球(如图所示),则球的半径是 .

🔍【思路分析】

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  1. 设球的半径和圆柱底面半径均为 。
  2. 由“水恰好淹没最上面的球”可知放入球后水与球的总高度为 个球的直径和,即 。
  3. 根据“总体积 = 水的体积 + 3个球的体积”,建立关于 的方程并求解。

✅【答案】

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✍【详细解析】

Abstract

设球的半径为 ,则圆柱形容器的底面半径也为 。 放入 3 个球后,水恰好淹没最上面的球,此时容器内水和球构成的圆柱体总高度为: 此时圆柱体内水和球的总体积为: 未放球前,水的体积为: 3 个相同的球体积为: 由体积关系 得: 化简得:

【答案】:4

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 核心考点:圆柱与球的体积公式(,)。
  2. 核心方法:等积法建模(总体积等于容器内各部分几何体体积之和)。
  3. 避坑指南:明确“恰好淹没最上面的球”意味着总高度 而非 。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源:源于人教A版必修二《空间几何体的表面积与体积》中经典的浸水/排水体积法应用题。
  2. 结论推广:若半径为 的圆柱内盛有高为 的水,放入 个半径为 的球后恰好淹没,则 。

🔗【关联脉络】

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