小船长的大发现——为什么轮船能浮起来？

核心概念： 浮力、排水量、物体形状对浮沉的影响

适合年龄： 5岁+ (家长需陪同)

实验目标

1. 观察现象： 认识到不同形状和重量的物体在水中的浮沉情况不同。

2. 动手探索： 通过改变物体的形状（如橡皮泥），让它从下沉变成漂浮。

3. 理解原理： 初步理解“浮力”是水向上推物体的力，以及“排水量”的概念（船排开的水越多，受到的浮力越大）。

4. 联系实际： 将实验现象与巨大的钢铁轮船能浮在水面上的原理联系起来。

所需材料 (简单易得)

1. 主角材料：

   • 一大盆水 (水槽、脸盆、大塑料箱都可以)

   • 橡皮泥/粘土 (至少两块大小相同的)

   • 小石块或硬币 (几块/几枚)

   • 铝箔纸 (几张)

   • 小塑料玩具船 (可选，用于对比观察)

2. 辅助工具：

   • 纸巾或抹布 (擦手和清理水渍)

   • 记号笔 (可选，在铝箔船上做标记)

   • 小杯子或小碗 (模拟船舱，可选)

实验步骤与引导

第一部分：浮与沉的初体验 (观察与提问)

1. “猜一猜”： 让孩子拿起小石块或硬币，猜一猜放入水中会怎样？（沉下去）。然后放入水中验证。问：“为什么它会沉下去？”(因为它重/密度大)。

2. “试一试”： 让孩子拿起一块橡皮泥，同样猜一猜、试一试。它也会沉下去。强调：“看，橡皮泥虽然比石头轻，但它也沉下去了。”

3. “比一比”： 拿出小塑料玩具船（或者一张平放的铝箔纸），放入水中。问：“它沉下去了吗？”(没有，浮起来了)。问：“它重吗？为什么它能浮起来？” (引导孩子注意形状：船是空心的、像碗一样的形状)。

关键提问： “为什么又重又大的钢铁轮船不会像石头或橡皮泥球那样沉下去呢？”

第二部分：神奇橡皮泥变形记 (动手实验 – 核心)

1. “挑战一”： 给孩子一块橡皮泥。“你能让这块沉下去的橡皮泥浮在水面上吗？” 鼓励孩子尝试各种方法（压扁、捏成片等）。如果孩子没想到，提示：“想想小船是什么形状的？”

2. “成功！”： 引导孩子把橡皮泥捏成碗状、船形或盘子状（边缘要捏高一些，不能漏水）。轻轻地把这个“橡皮泥小船”放在水面上。哇！它浮起来了！

3. “装货啦！”： 问孩子：“你的小船能运货吗？” 让孩子小心翼翼地在橡皮泥小船里放入小硬币或小石块（当作货物）。一边放一边观察小船的状态（吃水变深，但依然浮着）。直到小船承受不住，“货物”太重导致小船进水或翻沉。

4. “思考”： 问孩子：

   • “为什么同一个橡皮泥，捏成球就沉，捏成船就浮？” (引导孩子思考形状改变了它排开水的体积)。

   • “为什么装了‘货物’后，小船下沉了一些？” (因为船变重了，需要排开更多的水才能获得足够的浮力)。

   • “为什么装太多‘货物’小船就沉了？” (船排开水的最大能力有限，当货物重力超过了水能提供的最大浮力时，船就沉了)。

第三部分：铝箔工程师造大船 (动手实验 – 深入)

1. “造船任务”： 给孩子几张大小相同的铝箔纸。“现在你是造船工程师！用这张铝箔纸造一艘能装最多硬币/石块而不沉的大船！”

2. “设计&制作”： 让孩子尝试不同的折叠方式（平底船、有船舷的船、深盆形船等）。鼓励他们发挥想象力。

3. “载重测试”： 把做好的铝箔船轻轻放入水中。然后一枚一枚地往船里加硬币/石块，直到水漫过船舷或船沉没。记录下这艘船最多能装几个硬币。

4. “优化&挑战”： 可以多做几艘不同形状的船（比如一艘捏得很小很深的，一艘捏得很大很扁平的），比较哪艘船能装得更多？为什么？（引导孩子观察：船底面积越大、船舷越高（容积越大），通常能排开更多的水，获得更大的浮力，就能装载更多货物）。

5. “联系轮船”： 指着能装很多硬币的大铝箔船说：“看！我们的铝箔很轻，但它做成船的形状后，就能装下比它本身重得多的硬币！巨大的轮船也是这个道理。虽然船身是钢铁做的非常重，但它被设计成巨大的、空心的形状。这个巨大的‘碗’能排开非常非常多的水，水产生的向上推的力（浮力）非常大，大到足以支撑整个船身和船上货物、乘客的重量，所以轮船就能浮在水面上航行啦！”

给小朋友的科学解释 (用孩子能懂的语言)

1. 水有“托力”（浮力）： 当东西放进水里时，水会努力把它向上推，这个向上的力就叫“浮力”。

2. “排开”的水越多，“托力”越大： 想象你坐在浴缸里，水会漫出来一些。船也是一样，它浸在水里的部分会“挤走”一些水（这就是排开水）。船排开的水越多，水给它的向上托的力（浮力）就越大。轮船巨大的身体就是为了排开巨量的水，产生巨大的浮力。

3. “空心”大法好： 实心的铁球会沉，但把钢铁做成空心的大船，它就能排开很多水，获得足够大的浮力。橡皮泥和铝箔实验就是这个道理！

4. 船能装多重？看“排开”能力： 船能安全装载的最大重量（包括船本身和货物），就取决于它最大能排开多少水。装货太多，船排开水的最大能力不够用了，浮力小于总重量，船就会下沉。

趣味延伸 & 思考

1. “死海不死”： 告诉孩子世界上有个叫“死海”的湖，湖水特别咸，人能轻松地浮在上面看书！为什么？(因为咸水密度更大，能提供更大的浮力。轮船在海水里比在淡水里更容易浮起来一点点)。

2. “鱼的秘密”： 鱼为什么能悬浮在水中不上浮也不下沉？(鱼身体里有个叫“鱼鳔”的小气球，通过充气放气改变体积，从而改变排水量和受到的浮力)。

3. “潜水艇”： 潜水艇是如何做到既能浮在水面又能潜入水底的？(通过向水舱注水和排水来改变自身的重量，从而控制浮沉)。

4. “挑战思考”： 用橡皮泥捏一艘船，看看它最多能装多少硬币而不沉？你能设计出载重量最大的橡皮泥船吗？(优化船型)。

安全提示

• 实验过程需要家长全程陪同，尤其是低龄儿童。

• 提醒孩子不要将小硬币、小石块放入口中，防止误吞。

• 实验后收拾好场地，避免滑倒。

• 节约用水。

通过这个简单有趣的实验，孩子们亲手验证了形状如何改变浮沉，理解了轮船浮在水面上的基本原理（排水量大产生大浮力），并在“造船”和“装货”的过程中体验了浮力与重量的关系。这种寓教于乐的方式，能让科学概念在孩子心中留下深刻印象！祝你和小小科学家们实验愉快！