【生活情境】魔方是匈牙利建筑师鲁比克(Rubik)发明的一种智力玩具.设组成该魔方的每一个小立方体(我们称它为“基本单元”)的棱长为1,那么这个魔方的体积是$3^3$. 
【问题提出】现在,设想以这种魔方为基本单元组成一个大魔方(
),那么这个大魔方的体积能否用3的正整数次幂表示?该如何表示?如果再以这个大魔方为基本单元做一个更大的魔方呢?
【问题分析】以这种魔方为基本单元组成的大魔方也可抽象成立方体,求它的体积应先求出它的棱长,再根据体积公式求出大魔方的体积;以此类推,可以求得更大魔方的体积.
【问题解决】
【问题反思】魔方是一种伴随我们成长的益智玩具 解决本
【问题提出】现在,设想以这种魔方为基本单元组成一个大魔方(
【问题分析】以这种魔方为基本单元组成的大魔方也可抽象成立方体,求它的体积应先求出它的棱长,再根据体积公式求出大魔方的体积;以此类推,可以求得更大魔方的体积.
【问题解决】
【问题反思】魔方是一种伴随我们成长的益智玩具 解决本
答案
解:
以棱长为3的魔方为基本单元组成的大魔方,每条棱上有3个该基本单元,因此大魔方的棱长为$3×3=3^2$,根据立方体体积公式,体积为$(3^2)^3=3^{2×3}=3^6$,即用3的正整数次幂表示为$3^6$。
若再以这个大魔方为基本单元做更大的魔方,每条棱上有3个该大魔方,其棱长为$3^2×3=3^3$,体积为$(3^3)^3=3^{3×3}=3^9$,即用3的正整数次幂表示为$3^9$。
以棱长为3的魔方为基本单元组成的大魔方,每条棱上有3个该基本单元,因此大魔方的棱长为$3×3=3^2$,根据立方体体积公式,体积为$(3^2)^3=3^{2×3}=3^6$,即用3的正整数次幂表示为$3^6$。
若再以这个大魔方为基本单元做更大的魔方,每条棱上有3个该大魔方,其棱长为$3^2×3=3^3$,体积为$(3^3)^3=3^{3×3}=3^9$,即用3的正整数次幂表示为$3^9$。
解析
【分析】
解题时首先明确魔方的结构特征:每条棱上有3个基本单元,解题第一步先求出大魔方的棱长,再根据立方体体积=棱长³的公式计算体积,计算过程中运用幂的乘方运算法则(底数不变,指数相乘)即可将体积表示为3的正整数次幂;求解更大魔方的体积时,沿用相同思路,先确定新魔方的棱长,再代入体积公式计算即可。
【解析】
解:① 以棱长为3的魔方为基本单元组成大魔方时,每条棱上有3个该基本单元,
因此大魔方的棱长为 $3×3=3^2$,
根据立方体体积公式,体积为 $(3^2)^3$,
根据幂的乘方运算法则计算得:$(3^2)^3=3^{2×3}=3^6$,即该大魔方体积可用3的正整数次幂表示为$3^6$。
② 若再以这个大魔方为基本单元做更大的魔方,每条棱上仍有3个该基本单元,
此时更大魔方的棱长为 $3^2×3=3^3$,
代入体积公式计算得:$(3^3)^3=3^{3×3}=3^9$,即该更大魔方的体积可用3的正整数次幂表示为$3^9$。
【答案】
以棱长为3的魔方为基本单元组成的大魔方体积为$\boldsymbol{3^6}$;再以此大魔方为基本单元组成的更大魔方体积为$\boldsymbol{3^9}$。
【知识点】
立方体体积计算,同底数幂的乘法,幂的乘方运算
【点评】
本题结合生活中常见的魔方场景出题,将抽象的幂运算知识与实际问题结合,既考查了基础运算规则的掌握情况,也能引导学生观察生活中的数学现象,提升知识迁移应用的能力。
【难度系数】
0.8
解题时首先明确魔方的结构特征:每条棱上有3个基本单元,解题第一步先求出大魔方的棱长,再根据立方体体积=棱长³的公式计算体积,计算过程中运用幂的乘方运算法则(底数不变,指数相乘)即可将体积表示为3的正整数次幂;求解更大魔方的体积时,沿用相同思路,先确定新魔方的棱长,再代入体积公式计算即可。
【解析】
解:① 以棱长为3的魔方为基本单元组成大魔方时,每条棱上有3个该基本单元,
因此大魔方的棱长为 $3×3=3^2$,
根据立方体体积公式,体积为 $(3^2)^3$,
根据幂的乘方运算法则计算得:$(3^2)^3=3^{2×3}=3^6$,即该大魔方体积可用3的正整数次幂表示为$3^6$。
② 若再以这个大魔方为基本单元做更大的魔方,每条棱上仍有3个该基本单元,
此时更大魔方的棱长为 $3^2×3=3^3$,
代入体积公式计算得:$(3^3)^3=3^{3×3}=3^9$,即该更大魔方的体积可用3的正整数次幂表示为$3^9$。
【答案】
以棱长为3的魔方为基本单元组成的大魔方体积为$\boldsymbol{3^6}$;再以此大魔方为基本单元组成的更大魔方体积为$\boldsymbol{3^9}$。
【知识点】
立方体体积计算,同底数幂的乘法,幂的乘方运算
【点评】
本题结合生活中常见的魔方场景出题,将抽象的幂运算知识与实际问题结合,既考查了基础运算规则的掌握情况,也能引导学生观察生活中的数学现象,提升知识迁移应用的能力。
【难度系数】
0.8
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