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空間図形の問題

難易度 3公立高校入試の標準レベル中学数学 空間図形

内側の底面の半径が 、深さが の円柱の形をした容器があり、底面を水平にして置いてある。この容器に、深さ まで水が入っている。

この容器に、半径 の鉄の球を静かに入れたところ、球は容器の底についた。このとき、容器の底から水面までの高さは何 か。ただし、容器の厚さは考えず、水はこぼれないものとする。

4 cm10 cm5 cm3 cm

この問題で使うもの

この問題を解けるようになるまで(8 技能)
算数中学高校大学大学院

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一覧で見る(前提が先)
  1. 直方体・立方体の体積
  2. 四則の混じった計算の順序
  3. 三角形・四角形の面積
  4. 小数の四則計算
  5. 円の周の長さと面積
  6. 角柱・円柱の体積
  7. 角すい・円すいの体積
  8. 球の体積と表面積

ヒント

行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。

ヒント 1

水面の高さは、「水の体積」と「水中にある球の体積」の合計を容器の底面積でわることで求められる。

ヒント 2

球の体積は で求められる。半径 の球なら である。

ヒント 3

水の体積は 、容器の底面積は である。求めた水面の高さが球の直径 より大きいかどうか、つまり球が完全にしずんでいるかも確かめよう。

答えと解説

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解説を読む

水の体積. 容器の底面積は なので、水の体積は

球の体積. 半径 の球の体積は

球が水に完全にしずむかどうか. 球の直径は で、容器の内側の直径 より小さいので、球は容器に入り底につく。このとき球のいちばん上の点は底から の高さにある。

仮に球が完全に水中にあるとすると、水と球の体積の合計は

で、水面の高さは

となる。 は球の高さ より大きいので、球は確かに完全に水中にあり、この仮定は正しい。また なので水はこぼれない。

よって、底から水面までの高さは である。

別解

はじめの水の体積は 。球の体積は 。球が完全に水に沈んでいると仮定すると、水面の高さを として より 。

確かめ: 球は底についていて高さは直径 cm、 なので球は完全に水に沈んでおり仮定は正しい。また なので水はこぼれない。

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