题目
一个高为10厘米,底面半径为5厘米的圆锥体塑料零件置于水中,底面朝上且与水面平行,其浮出水面部分的高为2厘米。那么当该零件底面朝下且与水面平行置于水中时,浮出水面部分的高在以下哪个范围内?(零件始终不接触水底)A、不到6厘米B、6~7厘米之间C、7~8厘米之间D、超过8厘米
一个高为10厘米,底面半径为5厘米的圆锥体塑料零件置于水中,底面朝上且与水面平行,其浮出水面部分的高为2厘米。那么当该零件底面朝下且与水面平行置于水中时,浮出水面部分的高在以下哪个范围内?(零件始终不接触水底)
- A、不到6厘米
- B、6~7厘米之间
- C、7~8厘米之间
- D、超过8厘米
题目解答
答案
C
解析
步骤 1:计算圆锥体的体积
圆锥体的体积公式为 V = (1/3)πr²h,其中 r 是底面半径,h 是高。对于这个问题,r = 5 厘米,h = 10 厘米。
V = (1/3)π(5²)(10) = (1/3)π(25)(10) = (250/3)π 立方厘米。
步骤 2:计算圆锥体的浮力
当圆锥体底面朝上且与水面平行时,浮出水面部分的高为2厘米,因此浸入水中的部分高为8厘米。浸入水中的体积为 V' = (1/3)πr²h',其中 h' = 8 厘米。
V' = (1/3)π(5²)(8) = (1/3)π(25)(8) = (200/3)π 立方厘米。
根据阿基米德原理,浮力等于浸入水中的体积所排开的水的重量,即浮力 F = ρgV',其中 ρ 是水的密度,g 是重力加速度。因为题目没有给出具体的密度和重力加速度,我们只需要知道浮力与浸入水中的体积成正比。
步骤 3:计算底面朝下时浮出水面部分的高
当圆锥体底面朝下且与水面平行时,设浮出水面部分的高为 h'',则浸入水中的部分高为 10 - h''。浸入水中的体积为 V'' = (1/3)πr²(10 - h'')。
因为浮力不变,所以 V' = V'',即 (200/3)π = (1/3)π(25)(10 - h'')。
解方程得:200 = 25(10 - h''),即 200 = 250 - 25h'',从而 25h'' = 50,即 h'' = 2 厘米。
因为圆锥体的总高为10厘米,所以浮出水面部分的高为 10 - h'' = 10 - 2 = 8 厘米。
圆锥体的体积公式为 V = (1/3)πr²h,其中 r 是底面半径,h 是高。对于这个问题,r = 5 厘米,h = 10 厘米。
V = (1/3)π(5²)(10) = (1/3)π(25)(10) = (250/3)π 立方厘米。
步骤 2:计算圆锥体的浮力
当圆锥体底面朝上且与水面平行时,浮出水面部分的高为2厘米,因此浸入水中的部分高为8厘米。浸入水中的体积为 V' = (1/3)πr²h',其中 h' = 8 厘米。
V' = (1/3)π(5²)(8) = (1/3)π(25)(8) = (200/3)π 立方厘米。
根据阿基米德原理,浮力等于浸入水中的体积所排开的水的重量,即浮力 F = ρgV',其中 ρ 是水的密度,g 是重力加速度。因为题目没有给出具体的密度和重力加速度,我们只需要知道浮力与浸入水中的体积成正比。
步骤 3:计算底面朝下时浮出水面部分的高
当圆锥体底面朝下且与水面平行时,设浮出水面部分的高为 h'',则浸入水中的部分高为 10 - h''。浸入水中的体积为 V'' = (1/3)πr²(10 - h'')。
因为浮力不变,所以 V' = V'',即 (200/3)π = (1/3)π(25)(10 - h'')。
解方程得:200 = 25(10 - h''),即 200 = 250 - 25h'',从而 25h'' = 50,即 h'' = 2 厘米。
因为圆锥体的总高为10厘米,所以浮出水面部分的高为 10 - h'' = 10 - 2 = 8 厘米。