钢铁做的轮船能浮，实心的小铁块却会沉，差别不在“重不重”，而在密度和排开的水。这个模拟让学生连续调节物体密度、更换液体，把浮沉条件一次看全。
实验目的
这个模拟想让学生带走的是：
- 会用密度比较判断物体漂浮、悬浮还是下沉；
- 说出阿基米德原理 F浮 = ρ液gV排 中每个量的含义；
- 通过比较浮力与重力两个箭头，解释三种状态的受力情况；
- 解释为什么在盐水里更容易浮起来。
漂浮：浮力 = 重力。
如何操作
- 调节“物体密度”滑块，从 0.2 一直加到 2.4 g/cm³，观察方块的位置和两个力箭头的长短。
- 保持物体密度 1.0 g/cm³，切换液体：油 0.8、水 1.0、盐水 1.2，看同一物体的浮沉状态如何反转。
- 找出“悬浮”的临界情况：让物体密度刚好等于液体密度。
- 在漂浮状态下逐步增大物体密度，注意露出液面的部分越来越少（吃水越来越深）。
实验现象
对照一下学生的记录：
- 物体密度 ＜ 液体密度：漂浮在液面，只有一部分浸入液体，此时浮力箭头与重力箭头等长（F浮 = G）。
- 物体密度 ＝ 液体密度：悬浮在液体中的任意深度，两个箭头仍然等长。
- 物体密度 ＞ 液体密度：下沉到底，浮力箭头明显短于重力箭头。
- 同一物体在盐水里浮得更高，在油里可能直接下沉，液体密度越大，同样体积能提供的浮力越大。
实验原理
浸在液体中的物体受到向上的浮力，大小等于它排开的液体所受的重力：F浮 = G排 = ρ液 g V排（阿基米德原理）。注意公式里是液体的密度和排开液体的体积，与物体本身的密度、形状和所处深度都无关。
浮力的本质是液体压强差：物体下表面比上表面深，受到的压强更大（p = ρgh），上下表面的压力差就是浮力。
浮沉条件（实心物体完全浸没时）：ρ物 ＜ ρ液 → 上浮直至漂浮；ρ物 ＝ ρ液 → 悬浮；ρ物 ＞ ρ液 → 下沉。
漂浮时物体只有部分浸入，此时 F浮 = G，即 ρ液 g V排 = ρ物 g V物，于是 V排/V物 = ρ物/ρ液。冰的密度约为水的 0.9，所以冰山约有 90% 藏在水下。
下沉的物体仍然受到浮力，只是浮力小于重力。用弹簧测力计的“称重法”可以测出来：F浮 = G − F示。
常见误区
- “沉底的物体没有浮力” —— 有浮力，只是不够大。
- “浮力随深度增大” —— 完全浸没后 V排 不变，浮力也不再变化。
- “越重的物体越容易沉” —— 决定因素是密度。万吨巨轮做成空心的，整体密度小于水就能浮。
应用与延伸
- 轮船做成空心以增大排水体积；潜水艇靠改变自身重力（水舱进水或排水）实现下潜与上浮；热气球和飞艇用密度小于空气的气体。
- 密度计、盐水选种（饱满的种子沉底、干瘪的浮起）、验证牛奶或酒的浓度。
- 死海含盐量极高、密度大，人躺在上面可以浮着看书。
漂浮时露出多少
漂浮时 F浮 = G，整理后得到浸入体积的比例 V排 / V物 = ρ物 / ρ液。把模拟里的三种液体和几种典型密度代进去：
| 物体密度 (g/cm³) | 油 0.8 | 水 1.0 | 盐水 1.2 |
|---|---|---|---|
| 0.6（木块） | 浸入 75% | 浸入 60% | 浸入 50% |
| 0.9（冰） | 下沉 | 浸入 90% | 浸入 75% |
| 1.0 | 下沉 | 悬浮 | 浸入 83% |
| 1.1 | 下沉 | 下沉 | 浸入 92% |
| 1.3 | 下沉 | 下沉 | 下沉 |
同一块木头，在油里沉得更深、在盐水里浮得更高，这就是模拟里切换液体时方块上下移动的原因。冰在水里只露出一成，所以海上的冰山大部分藏在水下。
再看一个“称重法”的算例：一块石头在空气中称重 2.0 N，浸没在水中后测力计读 1.2 N。浮力 F浮 = 2.0 − 1.2 = 0.8 N，由 F浮 = ρ水 g V排 得 V排 = 0.8 ÷ (1000 × 10) = 8 × 10⁻⁵ m³ = 80 cm³。石头质量 0.2 kg，密度 = 200 g ÷ 80 cm³ = 2.5 g/cm³，比水大，所以它沉底。这套算法把浮力、体积、密度三件事串在一起，是实验题的常见组合。
改变沉浮的三种办法
模拟里只有两个滑块，但它们已经包含了生物和机械改变沉浮的全部思路。第一种是改变自身重力：潜水艇的体积基本不变，往水舱里灌水就变重下潜，用压缩空气把水排出去就变轻上浮，对应模拟里“物体密度”滑块向上或向下。第二种是改变自身体积：鱼靠鳔充气或放气改变身体的总体积，体积大了排开的水多、浮力大就上浮，说到底也是改密度。第三种是改变周围流体的密度：热气球加热气囊里的空气，让囊内空气比外面稀、整体密度小于周围冷空气而升空，对应模拟里切换液体那一步。三种办法殊途同归，最后比的都是物体密度和周围流体密度谁大。
课堂上怎么用这个模拟
从“物体密度 1.0、液体是水”的悬浮状态开始，让学生预测密度调到 1.1 会怎样、换成盐水又会怎样，每次先举手表态再操作。重点停在漂浮状态：让学生一边增大物体密度一边看露出部分，说出“吃水变深”和密度的关系。最后留一个问题带回家：轮船从河里开到海里，吃水是深了还是浅了？