本题导读

本题以汉代标准量器“铜嘉量”为文化背景,考查圆柱体积公式与等比数列的综合应用。核心技巧在于利用“同底面”及“倍数直径”的比例特征进行消元,避免盲目进行大数乘防.

📌【题干】

Question

(2024年北京卷)汉代刘歆设计的“铜嘉量”是龠、合、升、斗、斛五量合一的标准量器,其中升量器、斗量器、斛量器的形状均可视为圆柱.若升、斗、斛量器的容积成公比为 10 的等比数列,底面直径依次为 , , ,且斛量器的高为 ,则斗量器的高为______ ,升量器的高为______ .(不计量器的厚度)

🔍【思路分析】

破题导航

  1. 构建容积模型:设升、斗、斛的容积分别为 ,高分别为 。圆柱容积公式为 。根据等比数列关系可得 ,。
  2. 第一空(求斗高 ):观察到斗和斛的底面直径完全相同(均为 ),即底面积相等。根据容积比等于高度比,可直接得出高度的十分之一关系。
  3. 第二空(求升高 ):列出斗与升的容积比例等式,观察直径数据发现 。利用比例代换法整体化简平方项,避免直接计算 的高强运算。

✅【答案】

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23

✍【详细解析】

Abstract

第一步:求斗量器的高 已知斛量器的底面直径 ,高 ; 斗量器的底面直径 。 因为两者的底面直径相同,所以它们的底面积相等(设为 )。 根据题意,斛与斗的容积满足等比关系: 代入柱体体积公式: 将 代入得:

第二步:求升量器的高 已知升量器的底面直径 。 根据等比关系,斗与升的容积满足: 代入含有直径的圆柱体积公式: 等式两边同时约去公因式 : 移项整合求 ,巧用指数幂的结合律: 代入具体数据 ,,: 因为 ,上式可极大简化为:

【答案】:23 ; 57.5

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 核心考点:圆柱体积公式 的灵活变形、等比数列通项关系的几何应用。
  2. 核心方法:比例消元法、特值代换法。
  3. 避坑指南:
  • 杜绝野蛮计算:处理含有 和 的代数式时,严禁直接在草稿纸上强行硬算大数。高考数学具有极强的结构美学,看到 325 和 65 应当条件反射出 倍的约分关系。
  • 单位和半径陷阱:题干中给出的是“底面直径”,虽然在做比例时半径或直径无影响,但在常规列式中需分清直径与半径的公式差别。

📖 【试题探源与推广】

  1. 试题探源: 本题源自人教A版必修第二册《立体几何初步》与选择性必修第二册《数列》的跨板块融合。以我国汉代著名的标准量器“铜嘉量”为数学建模原型(新课标倡导的中国传统数学文化浸润题型)。
  2. 结论推广: 在处理一系列底面半径具有倍数关系、且总体积具有等比关系的旋转体(圆柱/圆锥)组合问题时,任意两项的高度之比满足通式: 。通过这一比例网络,可实现不依赖任何中间绝对容积数据的全图快速求解。

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源:待补

  2. 结论推广:待补

  3. 方法推广:待补

🔗【关联脉络】

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