有一个棱长为5厘米的正方体木块,它的每一个面都有一个穿透“十字形”的孔(如右图阴影部分),如果将其全部浸入黄漆后取出,晒干后,再切成棱长为1厘米的小正方体,这些小正方体未被染上黄漆的面积总和是 ___ 平方厘米.

完整解法

1. 分析打孔后剩余小正方体的数量及空间分布

原正方体木块棱长为 5 cm5\text{ cm},可划分为 5×5×5=1255\times 5\times 5 = 125 个棱长为 1 cm1\text{ cm} 的单位小正方体。
每个面上穿透的“十字形”孔由 5 个单位小正方形组成(中心 1 个,上下左右各 1 个),在三维空间中沿 x,y,zx, y, z 三个方向贯穿。
将木块按高度从底到顶分为 5 层(z=1,2,3,4,5z = 1, 2, 3, 4, 5),分析各层剩余小正方体的个数:

  • 第 1 层与第 5 层:仅被垂直方向(zz 方向)的十字孔穿透,挖去 5 个,剩余 25−5=2025 - 5 = 20 个;
  • 第 2 层与第 4 层:被 zz 方向的 5 个孔以及 x,yx, y 方向的水平通槽穿透,挖去中心所在的整行与整列共 5+5−1=95 + 5 - 1 = 9 个,剩余 4 个 2×22\times 2 的角块,共 25−9=1625 - 9 = 16 个;
  • 第 3 层(中间层):三个方向的十字孔交汇,挖去除了 4 个角顶以外的所有位置,剩余 4 个角块,即 4 个。

打孔后剩余的小正方体总数为:
N=20+16+4+16+20=76 个N = 20 + 16 + 4 + 16 + 20 = 76\text{ 个}

2. 计算小正方体之间的内部接触面总数

切开后未被染上黄漆的面,正是浸漆时相互贴合在一起的内部接触面。每个内部接触面在切开后会产生 2 个未染黄漆的小正方形面。
由三维对称性,垂直于 xx 轴、yy 轴、zz 轴的接触面数量完全相等。我们只需计算垂直方向(层间接触面):

  • 第 1 层与第 2 层的重合格子数:第 2 层的 16 个格子全部落在第 1 层的 20 个格子范围内,接触面数为 16;
  • 第 2 层与第 3 层的重合格子数:第 3 层的 4 个角块全部在第 2 层的角块范围内,接触面数为 4;
  • 第 3 层与第 4 层的重合格子数:同理为 4;
  • 第 4 层与第 5 层的重合格子数:同理为 16。

因此,垂直方向(zz 方向)的接触面总数为:
Cz=16+4+4+16=40 个C_z = 16 + 4 + 4 + 16 = 40\text{ 个}
根据图形在 x,y,zx, y, z 三个方向的完全对称性:
Cx=Cy=Cz=40 个C_x = C_y = C_z = 40\text{ 个}
内部接触面总数为:
C=Cx+Cy+Cz=40×3=120 个C = C_x + C_y + C_z = 40 \times 3 = 120\text{ 个}

3. 求未被染上黄漆的小正方体面积总和

每个内部接触面包含 2 个面积为 1 cm21\text{ cm}^2 的未染色表面,故未被染上黄漆的面积总和为:
S=120×2=240 cm2S = 120 \times 2 = 240\text{ cm}^2

答案

240

AI 分析,可能出错

用 AI 批改,圈出写错的那一步,并自动将你的薄弱点存入错题本,形成你的错因库。

同一知识点的其他题

  1. 1一个长方体的体积为 250 cm^3(精确到最接近的立方厘米)。该长方体的高度为 8.4 cm(精确到一位小数)。 计算该长方体可能的最大底面积。 答 ... cm^2 在图中,AC 和 PQ 是平行线。P 在 AB 上,使得 AP : P…
  2. 2Isaiah 沿着一个硬纸板立方体的部分边缘将其剪开,形成右图所示的平面图形,该图形的面积为 1818 平方厘米。请问这个立方体的体积是多少立方厘米? A. 333\sqrt{3} B. 66 C. 99 D. 636\sqrt{3}…
  3. 3Alex和Felicia他们都有宠物猫。Alex买的宠物猫粮是装在底面直径为66厘米,高度1212厘米的圆柱形罐子里的。Felicia买的猫粮则装在底面直径是1212厘米,高为66厘米的圆柱形罐子里。问Alex的罐子的体积和Felici…
  4. 4把一个长方体正好分割成两个完全相同正方体,若分割后的正方体的棱长为4cm,则分割后比分割前表面积增加了 ,总体积增加了 .
  5. 5下图是由棱长为 1 -cm1\text{ -cm} 的正方体组成的。这个图形的体积是多少? 答:___ cm3\text{cm}^3