让人“脑洞大开”的注水问题

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  用一次函数解决实际问题是近几年中考的一个热点.下面举例说明用一次函数解决注水问题,以期对同学们有所启发.
  例l 如图1,在底面积为100c㎡、高为20cm的K方体水槽内放入一个圆柱形烧杯,以恒定不变的流量先向烧杯中注水,注满烧杯后,继续注水,直至注满水槽为止,在此过程中,烧杯本身的质量、体积忽略不汁,烧杯在水槽中的位置始终不变,水槽中水而的高度h与注水时间t之间的函数关系如图2所示.
  (l)写出函数图象中点A,B的实际意义;
  (2)求烧杯的底面积;
  (3)若烧杯的高为9cm,求注水的速度以及注满水槽所用的时间.
  解析:要注意关键点的实际意义,如点A表示烧杯中刚好注满水,点B表示水槽中水位恰好与烧杯中的水位相齐,
  设烧杯的底面积为Sc㎡,高为h1cm,注水速度为vcm3/s,注满水槽所用的时间为t1s.
  (1)m图2可知,点A表示当注水18s时,烧杯刚好注满:点B表示当注水90s时,水槽内水面的高恰为h1cm(烧杯的高).
  (2)由题设可知
  两式相除,得S=20,故烧杯的底面积为20c㎡
  (3)若h1=9,由(2)知l00×9=9v,解得v=10。从而
  故注水速度为10cm3/s,注水时间为200s.
  例2 图3是甲、乙两个圆柱形水槽的轴截面示意图,乙槽中有一圆柱形铁块立放其中(圆柱形铁块的下底面完全落在乙槽底面上).现将甲槽中的水匀速注入乙槽,甲、乙两个水槽中水的深度y(cm)与注水时间x(min)之间的关系如图4所示.根据图象提供的信息,解答下列问题:
  (1)图4中折线ABC表示_____槽中水的深度与时间之间的关系,线段DE表示______槽中水的深度与时间之间的关系,点B的纵坐标表示的实际意义是______.
  (2)多长时间时,甲、乙两个水槽中水的深度相同?
  (3)若乙槽的底面积为36c㎡(壁厚不计),求乙槽中铁块的体积.
  (4)若乙槽中铁块的体积为112cm3,求甲槽的底面积(壁厚不计).
  解析:(1)根据题意可以知道折线ABC是乙槽中水的深度与注水时间之间的关系,线段DE表示甲槽中水的深度与注水时间之间的关系,点B的横坐标表示的实际意义是水刚好没过乙槽中的铁块,铁块的高度为14cm.
  (2)不妨先求出线段AB,DE的解析式,再令y相等,即可得到甲、乙两个水槽中水的深度相同的时间.
  由待定系数法易得线段AB的解析式为y=3x 2,线段DE的解析式为y=-2x 12.令3x 2=-2x 12,解得x=2.故当2min时两个水槽中水的深度一样高.
  (3)由图象知,乙槽中当水面没有没过铁块时4min水面上升了12cm,即1min上升3cm;当水面没过铁块后,2min水面上升了5cm,即1min上升2.5cm.设铁块的底面积为xc㎡,则3×(36-x)=2.5x36,解得x=6.
  ∴铁块的体积为6x14=84(cm3).
  (4)因铁块的体积为112cm3,故铁块的底面积为112÷14=8(c㎡).
  可设甲槽的底面积为m c㎡,乙槽的底面积为nc㎡.由(2)知DE的解析式为y=-2x 12.把x=4代人y=-2x 12,可得y=4.从而可知前4 min甲槽水面下降了12-4=8(cm),乙槽水面上升了12cm.结合图象,可知后2min甲槽中水面下降了4cm,乙槽水面上升了5cm.
  根据前4min和后2min甲槽中流出的水的体积和乙槽中流人的水的体积分别相等,得:解得m=60,即甲槽的底面积为60c㎡
  用一次函数解决注水问题,要理解关键点的实际意义,从而找到解题的突破口,如:例1中点A表示烧杯中刚好注满水,点B表示水槽中水位恰好与烧杯中的水位相齐;例2中的点B是水没过铁块时的关键点,再通过图象得到线段的解析式和具体的等量关系,列出方程或方程组,从而求解.
  练习:
  1.将一块a(cm)xb(cm)×12(cm) (a  (1)根据图象填空:水槽的深度为______cm,a=____,b=____,t2=____.
  (2)当注水24s时,试计算图8的方式中铁块露出水面的高度是多少.
  (3)求圆柱形水槽的底面积.
  参考答案
  1.(l)根据图象可知水槽的深度为10cm.由图7可知此时铁块的高为6cm.由图8可知此时铁块的高为9cm.故a=6,b=9.两种方式注满的时间应相同,故t2=64.
  (2)图8中,当在O≤t≤54时的解析式为h=
  当t=24时,则24s时图8方式中铁块露出水面的高度是9-4=5(cm).
  (3)设圆柱形水槽的底面积为Sc㎡,根据题意(不妨由图7)得注水速度为:根据图7知
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