师：各位同学，大家好。今天我们一起学习第三节物体的浮沉条件及应用的第二课时。说起轮船的发展史，得从一根木头说起。这根木头漂浮在水面上，当它静止时，受到哪些力的作用呢？
生：它受到向下的重力和向上的浮力。
师：非常好，因为此时木头处于漂浮状态，所以浮力与重力相等。在洪水的时候，人们可以趴在漂浮的木头上求生。现在有一个人趴在漂浮的木头上，对这个木头做受力分析，它应该受到哪些力的作用呢？
生：受到向下的重力、人给它的压力，还有向上的浮力，这时压力等于人的自重。
师：没错，同学们想一想，这个人想随身携带一些货物，又不想把自己的衣服弄湿，最多可以带多少货物呢？这就需要知道木头能够产生的最大浮力是多少。当货物最多的时候，木头刚好浸没在水中且保持静止。此时对木头进行受力分析，它受向下的重力、向下的压力，还受到向上的浮力，此时的浮力就是最大浮力。那么这里的最大浮力等于什么呢？
生：等于木头的自重加上上面所有的载重。
师：完全正确。在浮力不能增加的情况下，还想增大所携带货物的重力，应该怎么办呢？
生：想增加货物，目前的方法只能减小木头的重力，把木头掏空。
师：对啦，把木头掏空后，就可以装载更多货物，而且还不会弄湿衣服，这就是独木舟的原理。独木舟是现代各类舰艇的先祖，我国目前发现最古老、最完整的独木舟，距今已有7000 - 8000年的历史。在中国古籍《易经》中有“刳木为舟”的记载。我们接着思考，如果将木头做成独木舟，体积太小，还浪费木材。要是木头的重力不变，有没有办法增大体积，从而增大浮力呢？
生：可以把木头做成一片一片的，再拼成一个更大的空间，这样增大了V排，就能增大浮力，装载更多货物。
师：非常好，此时木船受到的最大浮力等于船的自重加上最多货物的重力。由于木船漂浮，我们可以得到浮力等于总重力，即船的重力加上货的重力。再由阿基米德原理，浮力等于排开液体的重力，也就是排开的水的质量乘以g ，由此可以得到船的质量加上货的质量等于排开水的质量。我们把轮船在满载时排开水的质量称之为排水量，排水量可以表示船的大小。比如，我国800多年前的一艘宋代木船“南海一号”，它的排水量约为828吨，是一艘海上丝绸之路上的商船，载重量约为425吨，也就是货物的最大质量为425吨。满载时这艘船静止在水面上，大家能算出船此时受到的重力以及它受到的浮力分别是多少吗？请同学们观察小乐同学和小娜同学的答案，他们的计算结果不同，小乐同学算出来浮力与重力不相等，小娜同学计算出的浮力和重力相等。请同学们思考谁的答案才是正确的呢？我们对船做受力分析，此时船受到向下的重力、货物对它的压力，以及水对它向上的浮力。当船静止在水面时，浮力和重力是什么关系呢？
生：当船静止在水面时，浮力应该等于重力，所以小娜同学的答案是正确的，小乐同学的答案错误。
师：很好，同学们做对了吗？在实际生活中，货物的多少会影响船的吃水线。港务工作人员为了方便估算船上货物的多少，会在船的表面标记吃水线。吃水线是船体与水面相交的线，表示船舶的吃水深度，而吃水深度是指船浸入水中的深度。比如这张图片中，此时船的吃水深度为20米。那么货物的多少对吃水线有什么影响呢？我们一起来看一个实验，将木块挖空来代替空载的船，把刻度尺贴在木块上，便于记录吃水深度。当木块静止时，观察它的吃水深度约为2.3厘米。将货物放入船中，此时吃水深度约为3.5厘米。大家观察到了什么？
生：当货物放入船中时，吃水深度变大了。
师：为什么货物越多，船的吃水深度会变大呢？因为漂浮时浮力等于总重力，即船的重力加货的重力，此时船的重力不变，货的重力变大，所以浮力变大。由阿基米德原理F浮 = G排 = ρ液gV排 ，当g和ρ液不变时，V排就变大了。又因为体积公式V排 = SH ，当船的底面积不变时，深度就变大了。如果继续增加货物会怎样呢？接下来我们观看视频。此时吃水线约为3.5厘米，已经非常靠近船舷了。如果再增加一个货物，大家观察到了什么？
生：此时船就有翻船的危险了。
师：没错，800多年前的“南海一号”远洋木船被发现在广东海域沉没。考古发掘了解到，它里面装载了超过18万件文物，多数为铁器、金银器和瓷器。所以专家猜测，可能因为当时没有律法规范出港时水面不能淹没载重线，它可能因超载而沉船。那什么是载重线呢？
生：为了避免沉船的危险，在出港前海事局会要求工作人员在轮船的表面标记满载时的吃水线，这就是载重线。
师：对，每一艘轮船都会标有载重线，轮船工作时装载货物要严格遵守排水量，否则就容易引发沉船事故。考虑到航运的需要，有些船只需要从海水中驶向河水中，大家认为船的吃水线会发生变化吗？在下水前，工作人员会在船上标记船的载重线。这是我为木船标记的载重线，最上面一条黑色的线，就是设计的满载吃水线，也就是载重线。接下来我们观看实验，在刚才的实验中，船在海水中露出了载重线。咦，我们发现在淡水中载重线居然被淹没了，也就是说现在船在河水中有很大的沉船危险。为什么船从海水到淡水中吃水线上升了呢？
生：船一直漂浮，浮力等于总重力，货物的重力和船的重力不变，所以总重力不变，浮力也不变。浮力的影响因素是液体的密度和排开液体的体积，此时液体的密度变小，所以排开液体的体积变大。由体积公式可知船的底面积不变，所以浸入水中的深度变大，吃水线变高了。