如图,有大小两个长方体容器,大容器的底面积是小容器的4倍. 在小容器中有一个体积是32立方厘米的铁球,此时两容器中水面高度相差1厘米;若把铁球从小容器移动到大容器中,两容器水面的高度仍然相差1厘米. 那么小容器的底面积是 ___ 平方厘米.

完整解法

1. 分析移动铁球引起的两容器水面高度变化量

设小容器的底面积为 S cm2S\text{ cm}^2,则大容器的底面积为 4S cm24S\text{ cm}^2。
当将体积为 32 cm332\text{ cm}^3 的铁球从小容器中取出时,小容器的水面高度下降:
ΔhS=32S (cm)\Delta h_S = \frac{32}{S}\text{ (cm)}
当将铁球放入大容器中时,大容器的水面高度上升:
ΔhL=324S=8S (cm)\Delta h_L = \frac{32}{4S} = \frac{8}{S}\text{ (cm)}

2. 确定水面高度差的变化量并建立方程

从小容器拿出铁球并放入大容器后,小容器水面下降、大容器水面上升,两容器水面的相对高度差变化总量为:
Δh=ΔhS+ΔhL=32S+8S=40S (cm)\Delta h = \Delta h_S + \Delta h_L = \frac{32}{S} + \frac{8}{S} = \frac{40}{S}\text{ (cm)}
已知两次水面高度差均为 1 cm1\text{ cm}。因为小容器水面下降、大容器水面上升,水面的高低顺序必定发生了颠倒(即由最初“小容器水面比大容器高 1 cm1\text{ cm}”变为“大容器水面比小容器高 1 cm1\text{ cm}”)。
因此,相对高度差的总变化量为:
1−(−1)=2 (cm)1 - (-1) = 2\text{ (cm)}

3. 求解方程得到小容器底面积

根据高度差变化量相等,列出方程:
40S=2\frac{40}{S} = 2
解得:
S=20S = 20
所以小容器的底面积是 20 cm220\text{ cm}^2。

答案

20 cm220\text{ cm}^2

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