泡在液体里的物体都会受到一个向上的托力，叫作浮力。物体是浮还是沉，取决于它自身的密度和液体密度谁大谁小。这个实验用一杯水、一个鸡蛋和一些盐，就能把这条规律亲手做出来。

先看鸡蛋“起死回生”般浮起来，再用可拖拽的互动模拟，把浮力和重力两个箭头看清楚。

安全提醒（先读这一段）

  • 用到的都是清水和食盐，很安全；只是玻璃杯较重，端放小心别打碎。
  • 实验用过的鸡蛋和盐水不要食用，做完倒掉、洗净双手。

材料与器材

  • 透明玻璃杯或大水杯一个；
  • 一枚生鸡蛋（新鲜的更明显）；
  • 食盐若干（大半包备用）、一把勺子；
  • 清水。

操作步骤

  1. 杯里倒大半杯清水，轻轻放入鸡蛋，它会沉到杯底。
  2. 一勺一勺加盐，每加一次都搅拌到完全溶解，注意别把鸡蛋搅破。
  3. 随着盐越加越多，观察鸡蛋先在水中立起来、悬浮，再浮到水面，露出一小块。
  4. 这时再慢慢倒入清水（沿杯壁轻倒，减少混合），鸡蛋又会重新往下沉，因为上层液体密度被稀释了。
小技巧：如果想让鸡蛋刚好停在水中间（悬浮），就在快浮起来时改成极少量地加盐或加水，慢慢逼近那个“浮力正好等于重力”的临界点。
互动小实验 · 浮力与沉浮
液面 浮力 重力

漂浮：浮力 = 重力。

0.6 g/cm³（像木头）
液体：
把物体密度调到 1.1 左右：在清水（1.0）里下沉，切到盐水（1.2）就浮起来了，正对应鸡蛋加盐的实验。对比浮力（蓝）与重力（红）两个箭头的长短。

现象记录

这个实验最该记住的，是让鸡蛋刚好浮起来需要多少盐。一份典型的记录是这样的（一枚普通鸡蛋，300 mL 清水）：

  • 加到第 4–5 勺（约 30 g 盐）时，鸡蛋开始从杯底“站”起来，大头朝上晃动；
  • 加到第 6–7 勺（约 45 g 盐）时，鸡蛋整个离开杯底，停在液体中间，这是悬浮；
  • 再多加一两勺，鸡蛋升到水面，露出硬币大小的一块。这是漂浮。

把这几个数据换算一下就更有意思了：45 g 盐溶进 300 mL 水，溶质质量分数约 13%，溶液密度大约升到 1.09 g/cm³；而鸡蛋的密度通常就在 1.03–1.09 g/cm³ 这个范围内。也就是说，学生摸索出的那个“刚好悬浮”的临界点，测的其实就是这枚鸡蛋的密度。

另外两个容易被忽略的细节，也请一并记下：

  • 鸡蛋浮起来时是大头朝上的。鸡蛋钝端里有一个气室，那一头密度更小。放久的鸡蛋气室变大，所以陈蛋比新鲜蛋更容易浮。这就是挑鸡蛋时“沉底的新鲜、浮起的别吃”的道理。
  • 沿杯壁慢慢加清水后，鸡蛋停在了两层液体的交界处。它下面是密度大的盐水，上面是密度小的清水，鸡蛋就卡在中间，看起来像悬在半空。

原理解释：浮力从哪来，沉浮由谁定

浸在液体里的物体，下表面受到的水的压强比上表面大，上下压力差就形成了向上的浮力。阿基米德发现，浮力的大小等于物体排开的那部分液体受到的重力：

F浮 = ρ液 g V排

物体最终是浮、是沉还是悬浮，就看浮力和重力谁大。对于实心物体，可以直接比较物体密度和液体密度：

  • ρ物 < ρ液 → 上浮，最后漂浮在液面（露出一部分，浮力重新等于重力）；
  • ρ物 = ρ液 → 悬浮，停在液体中任意深度；
  • ρ物 > ρ液 → 下沉到底。

鸡蛋的密度比清水略大，所以在清水里下沉；不断加盐让盐水密度变大，一旦超过鸡蛋密度，鸡蛋就浮起来了。鸡蛋本身没变，改变的是液体。

生活中的浮力

  • 死海盐度极高、密度很大，人躺上去也不会沉；
  • 轮船用钢造却能浮，是靠做成空心、排开大量的水；
  • 潜水艇靠向水舱注水或排水改变自身重力，实现下潜和上浮；
  • 密度计就是利用漂浮时“浮力等于重力”来测量液体密度的。
  • 气体里同样有浮力。热气球和氦气球能升空，是因为里面的气体密度比周围空气小；同一条 F浮 = ρ g V排 换成空气的密度照样成立。我们此刻也受着约 0.5 N 的空气浮力，只是相比体重实在太小，感觉不到。
  • 游泳时深吸一口气人会上浮，呼出气后会下沉。肺里的空气改变了身体的整体密度。这也是学游泳时“放松就能浮起来”的物理原因。

四个最容易搞错的地方

  • “浮力等于物体的重力。”只有漂浮和悬浮时才相等。下沉的物体照样受浮力，只是浮力小于重力。把一块石头挂在弹簧测力计上浸入水中，读数会变小，减少的那一部分就是浮力。
  • “越深的地方浮力越大。”不对。F浮 = ρ液 g V排 里没有深度这一项。只要物体全部浸没，往下再沉半米，排开的体积不变，浮力也不变。只有在还没完全浸没的过程中，越往下沉排开的水越多，浮力才越来越大。
  • “重的物体一定沉。”一艘万吨轮比一枚硬币重得多，却浮着。决定沉浮的是密度，不是质量，或者说，是排开的水的重力能不能撑起自身的重力。
  • “V排 就是物体的体积。”只有完全浸没时两者才相等。漂浮时物体露出一部分，V排 只是水面以下那一段。鸡蛋浮起来后露出硬币大小的一块，这块就不算进 V排。

给老师和家长的组织建议

  • 课时与分组：25 分钟，可家庭完成；两人一组，一人加盐一人搅拌。
  • 动手前先说清楚：玻璃杯易碎，盐水勿食用。

最容易被跳过的一步。加盐要一勺一勺来，让学生每加一勺就记一次现象。停在「悬浮」那一刻最难也最值钱，提醒他们此时改成极少量地加，别一勺下去就浮到水面。

怎么判断真的懂了。能用「物体密度与液体密度比大小」判断浮沉，并说明鸡蛋没变、变的是液体，即达标。

拓展一下

  • 在模拟里把物体密度精确调到和液体相等，观察“悬浮”状态，再想想为什么这个状态很难在实物里稳定保持。
  • 试试用橘子做实验：带皮时浮、剥皮后沉，想想为什么（皮里有很多空隙，拉低了整体密度）。
  • 做一个自制密度计。取一根吸管，一端塞进一小块橡皮泥当配重，让它能直立浮在水里，用记号笔在水面处画一条线。再把它放进盐水里，会看到它浮得更高，线的位置越高，说明液体密度越大。这就是密度计的全部原理。
  • 验证阿基米德原理。把一个装满水的杯子放在盘子里，慢慢把一块石头浸进去，收集溢出的水并称重。会发现溢出水的重力，和石头浸入前后弹簧测力计读数的差值几乎一样。
  • 想一想：一艘船从长江开进大海，吃水线是变深还是变浅？（提示：海水密度比河水大，要排开同样重力的液体，需要的体积更小。）

当学生能用“物体密度和液体密度谁大谁小”解释鸡蛋为什么加盐后浮起来，这个实验就做懂了。