Question

一透明的敞口正方體容器ABCD -A′B′C′D′ 裝有一些液體，棱AB始終在水平桌面上，容器底部的傾斜角為α （∠CBE = α，如圖1所示）．
探究 如圖1，液面剛好過棱CD，并與棱BB′ 交于點Q，此時液體的形狀為直三棱柱，其三視圖及尺寸如
圖2所示．解決問題：
（1）CQ與BE的位置關系是       ，BQ的長是       dm；
（2）求液體的體積；（參考算法：直棱柱體積V液 = 底面積S_BCQ×高AB）
（3）求α的度數.(注：sin49°＝cos41°＝，tan37°＝)

拓展 在圖1的基礎上，以棱AB為軸將容器向左或向右旋轉，但不能使液體溢出，圖3或圖4是其正面示意圖.若液面與棱C′C或CB交于點P，設PC = x，BQ = y.分別就圖3和圖4求y與x的函數關系式，并寫出相應的α的范圍.

延伸 在圖4的基礎上，于容器底部正中間位置，嵌入一平行于側面的長方形隔板（厚度忽略不計），得到圖5，隔板高NM =" 1" dm，BM = CM，NM⊥BC.繼續向右緩慢旋轉，當α = 60°時，通過計算，判斷溢出容器的液體能否達到4 dm³.

Answer 1

（1）CQ∥BE， 3。
（2）。
（3）37°。
拓展：y=-x+3．   37°≤α≤53°。
延伸：溢出液體可以達到4dm³

解析分析：探究：（1）根據水面與水平面平行可以得到CQ與BE平行，利用勾股定理即可求得BD的長：
。
（2）液體正好是一個以△BCQ是底面的直棱柱，據此即可求得液體的體積；。
（3）根據液體體積不變，據此即可列方程求解。
拓展：分容器向左旋轉和容器向右旋轉兩種情況討論。
延伸：當α=60°時，如圖6所示，設FN∥EB，GB′∥EB，過點G作GH⊥BB′于點H，此時容器內液體形成兩層液面，液體的形狀分別是以Rt△NFM和直角梯形MBB′G為底面的直棱柱，求得棱柱的體積，即可求得溢出的水的體積，據此即可作出判斷。
探究：（1）CQ∥BE， 3。
（2）。
（3）在Rt△BCQ中，，∴α=∠BCQ=37°。
拓展：當容器向左旋轉時，如圖3，0°≤α≤37°，
∵液體體積不變，∴。
∴y=-x+3．
當容器向右旋轉時，如圖，同理可得：。

當液面恰好到達容器口沿，即點Q與點B′重合時，如圖，

由BB′=4，且，得PB=3，
∴由tan∠PB′B=，得∠PB′B=37°。∴α=∠B′PB=53°。
此時37°≤α≤53°。
延伸：當α=60°時，如圖所示，設FN∥EB，GB′∥EB，過點G作GH⊥BB′于點H。

在Rt△B′GH中，GH=MB=2，∠GB′B=30°，
∴HB′=2。
∴MG=BH=4－2＜MN。
此時容器內液體形成兩層液面，液體的形狀分別是以Rt△NFM和直角梯形MBB′G為底面的直棱柱。
∵，
∴。
∴溢出液體可以達到4dm³