Question

一透明的敞口正方體容器ABCD -A′B′C′D′ 裝有一些液體，棱AB始終在水平桌面上，容器底部的傾斜角為α（∠CBE = α，如圖17-1所示）．

探究 如圖1，液面剛好過棱CD，并與棱BB′ 交于點Q，此時液體的形狀為直三棱柱，其三視圖及尺寸如圖2所示．解決問題：

（1）CQ與BE的位置關系是___ ___，BQ的長是____ ___dm；

（2）求液體的體積；（參考算法：直棱柱體積V液 = 底面積SBCQ×高AB）

（3）求α的度數(shù).(注：sin49°＝cos41°＝，tan37°＝)

拓展 在圖17-1的基礎上，以棱AB為軸將容器向左或向右旋轉(zhuǎn)，但不能使液體溢出，圖17-3或圖17-4是其正面示意圖.若液面與棱C′C或CB交于點P，設PC = x，BQ = y.分別就圖17-3和圖17-4求y與x的函數(shù)關系式，并寫出相應的α的范圍.

延伸 在圖17-4的基礎上，于容器底部正中間位置，嵌入一平行于側面的長方形隔板（厚度忽略不計），得到圖17-5，隔板高NM = 1 dm，BM = CM，NM⊥BC.繼續(xù)向右緩慢旋轉(zhuǎn)，當α = 60°時，通過計算，判斷溢出容器的液體能否達到4 dm3.

 

Answer 1

（1）CQ∥BE，BQ=3；

（2）V液=24dm3；

（3）α=∠BCQ=37°．

【解析】

試題分析：（1）根據(jù)水面與水平面平行可以得到CQ與BE平行，利用勾股定理即可求得BQ的長；

（2）液體正好是一個以△BCQ是底面的直棱柱，據(jù)此即可求得液體的體積；

（3）根據(jù)液體體積不變，據(jù)此即可列方程求解；

延伸：當α=60°時，如圖6所示，設FN∥EB，GB′∥EB，過點G作GH⊥BB′于點H，此時容器內(nèi)液體形成兩層液面，液體的形狀分別是以Rt△NFM和直角梯形MBB′G為底面的直棱柱，求得棱柱的體積，即可求得溢出的水的體積，據(jù)此即可作出判斷．

試題解析：（1）CQ∥BE，BQ==3；

（2）V液=×3×4×4=24（dm3）；

（3）在Rt△BCQ中，tan∠BCQ=，

∴α=∠BCQ=37°．

當容器向左旋轉(zhuǎn)時，如圖3，0°≤α≤37°，

∵液體體積不變，

∴（x+y）×4×4=24，

∴y=﹣x+3．

當容器向右旋轉(zhuǎn)時，如圖4．同理可得：y=；

當液面恰好到達容器口沿，即點Q與點B′重合時，如圖5，

由BB′=4，且PB•BB′×4=24，得PB=3，

∴由tan∠PB′B=，得∠PB′B=37°．

∴α=∠B′PB=53°．此時37°≤α≤53°；

延伸：當α=60°時，如圖6所示，設FN∥EB，GB′∥EB，過點G作GH⊥BB′于點H．

在Rt△B′GH中，GH=MB=2，∠GB′B=30°，

∴HB′=2．

∴MG=BH=4﹣2＜MN．

此時容器內(nèi)液體形成兩層液面，液體的形狀分別是以Rt△NFM和直角梯形MBB′G為底面的直棱柱．

∵S△NFM+SMBB′G=××1+（4﹣2+4）×2=8﹣．

∴V溢出=24﹣4（8﹣）=﹣8＞4（dm3）．

∴溢出液體可以達到4dm3．

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考點：1.四邊形綜合題2.解直角三角形的應用．