在一个安静的午后,小明正在家里做数学题,题目看起来不难,但又让他有些犯难。题目是这样的:
一个圆柱形水桶,底面半径是20厘米,里面盛有40厘米深的水。现在将一个底面半径为10厘米的圆锥体完全浸入水中,结果水面上升了5厘米。问这个圆锥体的高是多少?
小明一开始觉得这应该是一个体积计算的问题,因为当物体被浸入水中时,水位上升的体积等于物体的体积。于是他开始一步步分析。
首先,圆柱形水桶的底面积可以通过公式计算:
$$ S_{\text{圆柱}} = \pi r^2 = \pi \times 20^2 = 400\pi \, \text{平方厘米} $$
水面上升了5厘米,说明水的体积增加了:
$$ V_{\text{增加}} = S_{\text{圆柱}} \times h = 400\pi \times 5 = 2000\pi \, \text{立方厘米} $$
这部分增加的体积就是圆锥体的体积。圆锥的体积公式是:
$$ V_{\text{圆锥}} = \frac{1}{3} \pi r^2 h $$
已知圆锥的底面半径是10厘米,设其高为 $ h $,则:
$$ \frac{1}{3} \pi \times 10^2 \times h = 2000\pi $$
化简得:
$$ \frac{1}{3} \times 100 \times h = 2000 $$
$$ \frac{100h}{3} = 2000 $$
$$ h = \frac{2000 \times 3}{100} = 60 \, \text{厘米} $$
所以,这个圆锥体的高是60厘米。
小明看着自己推导出的答案,心中一阵欣喜。虽然过程有些绕,但最终答案正确,也让他对几何问题有了更深的理解。
总结:
本题的关键在于理解“水面上升的体积等于浸入物体的体积”,通过圆柱体积和圆锥体积的公式进行换算,就能得出未知量。这种类型的题目在数学中很常见,锻炼了学生的空间想象能力和公式应用能力。