--- title: "冰块为什么会浮在水上？" description: "往果汁里丢一块冰，冰块不会沉下去，而是漂在上面。冰明明就是水变的，为什么它比水还轻？我们从冰箱里的一个小实验，一直讲到冬天河里的小鱼。" pubDate: 2026-10-26 tags: ["水", "冰", "密度", "小实验"] clc: "O55" hero: "./hero.svg" refs: - id: usgs title: Water Density url: https://www.usgs.gov/special-topics/water-science-school/science/water-density site: USGS Water Science School note: "美国地质调查局的水科学小课堂，讲了冰为什么比水轻" - id: ice title: Ice url: https://en.wikipedia.org/wiki/Ice site: Wikipedia note: "冰的晶体结构和密度（约 0.917 克每立方厘米）" --- 往一杯果汁里丢几块冰，冰块“扑通”一声掉进去，很快又浮了上来，乖乖地漂在最上面。 可是，冰不就是冻起来的水吗？**同样是水，为什么变成冰以后，就能浮在水上了？** 一般来说，铁块、石头放进水里会沉下去，木头、泡沫会浮起来。能不能浮起来，要看它和水比，谁更“轻”。所以我们先要弄明白，这里说的“轻”到底是什么意思。
先想一想 一大块冰和一小杯水，哪个更重？如果一大块冰更重，它为什么还能浮在水上？
## 一、比轻重，要比“一样大”的时候 ### 大冰块明明更重呀 一整盆冰，当然比一小杯水重。可是一整盆冰放进游泳池里，照样会浮起来。可见，“浮不浮”比的不是谁的总重量大。 ### 换个比法：一样大小的时候谁更重 科学家的比法是：**取一样大小的一块，看谁更重**。这个“一样大小时有多重”，叫作**密度**。 - 一小块方糖那么大的水，大约重 1 克。 - 同样大小的冰，大约只有 0.92 克[^ice]。
一样大小的水和冰，谁更重 天平左边放一块方糖大小的水，约 1 克；右边放同样大小的冰，约 0.92 克。天平往水那边歪，水那边沉了下去。 一样大小，比谁更重 这个“重”叫作密度 一块方糖大小的水 约 1 克 同样大小的冰 约 0.92 克 指针歪向水这边 一样大小时，水比冰重一点点，所以冰能浮在水上
图 1 · 一样大小的水和冰放上天平，水那边沉下去：冰比同样大小的水轻一点点
冰比同样大小的水轻了一点点，所以它会浮起来。而且因为只轻了一点点，冰块大约有九成泡在水下，只露出一个小尖尖。
冰块大约九成泡在水下 一块冰漂在水里，水面以上只露出一小截，大约十分之一；水面以下的部分大约有十分之九。右边把冰分成 10 份：露出水面 1 份，泡在水下 9 份。 冰浮在水上 冰只比水轻一点点 露出水面：约十分之一 泡在水下：约十分之九 水面 分成 10 份 1 份 9 份
图 2 · 冰浮在水上，大约九成泡在水下，只露出一小截
可是新的问题又来了：冰和水明明是同一种东西，**为什么一样大小时，冰反而更轻？** ## 二、结冰的时候，水分子在做什么 ### 水是由小小的水分子组成的 一杯水里，有数也数不清的“水分子”，它们小到用最厉害的放大镜也看不见。 水是液体的时候，水分子们挤在一起，到处乱跑、互相挤来挤去，就像下课时操场上的小朋友。 ### 结冰时，分子手拉手排好了队 天冷了，水分子跑得越来越慢。到了 0 摄氏度，它们会停下来，**手拉着手，排成一个个六边形**，就像小朋友们手拉手围成圈做游戏。 围成圈以后，圈中间就空出了一块地方。所以同样大小的地方，冰里装下的水分子，反而比水里少[^usgs]。
同样大的地方，水和冰里装了多少个水分子 左边的液态水里，16 个水分子乱糟糟地挤在虚线框中；右边的冰里，水分子手拉手排成六边形，中间有空洞，同样大的框只装下 10 个。 水：分子挤在一起，到处乱跑 冰：分子手拉手，排成六边形 16 个水分子 只有 10 个水分子 虚线框一样大，装得满满的 六边形中间空出了洞，所以冰更轻 氧原子 氢原子 手拉手（氢键）
图 3 · 结冰时，水分子排成留着空洞的六边形，同样的地方装的分子变少了（示意图，分子个数不是真实比例）
分子变少了，同样大小的一块就变轻了。这就是冰比水轻、能浮起来的秘密。
小知识 大部分东西都是固体比液体更重，比如融化的蜡烛油里，凝固的蜡块会沉下去。水是少数“反过来”的东西之一，这也让水变得特别神奇。
## 三、冰浮在水面上，有什么用 ### 冬天的河，是从上往下结冰的 因为冰比水轻，冬天湖面、河面结冰的时候，冰总是浮在最上面，像给河盖上了一层厚厚的被子。 冰下面的水被这层“被子”挡住了冷风，就不容易再冻住。所以就算是很冷的冬天，冰层下面也还有流动的水，小鱼、小虾就在里面过冬。 ### 如果冰会沉下去呢？ 想象一下：要是冰比水重，河面上结出的冰就会一块一块沉到河底，上面的水再结冰、再沉下去……最后整条河都可能冻成一大块冰，鱼儿就没有地方住了。 所以，**冰会浮起来这件小事，其实保护了水里的很多生命**。
冰浮在上面和冰沉下去，河里会怎样 左边是真实的冬天：冰浮在河面上，像被子一样挡住冷风，下面的水没有冻住，小鱼在水草间游。右边是假想：冰一结出来就沉到河底，越堆越高，整条河可能冻成一大块。 真实的冬天 冰浮在上面 假如冰会沉下去 想象一下 冷风 冰层像被子 冰下面的水没冻住，小鱼在这里过冬 一结冰就往下沉 虚线：刚结出的冰 冰越堆越高，整条河可能冻住
图 4 · 冰浮在上面，河里才留得住水；要是冰会沉，整条河都可能冻成一大块
## 四、动手试试：看看水结冰会不会“长胖”
动手试试 **你需要：** 一个塑料杯、一支记号笔、清水、冰箱的冷冻室。 1. 在塑料杯里倒大半杯水，用记号笔在杯子外面，沿着水面画一条线。 2. 把杯子放进冷冻室，等上半天，直到水全部冻成冰。 3. 拿出来看一看：冰的表面，是不是比你画的线高出了一点？ 水的多少没有变，可是冻成冰以后占的地方变大了。这正是因为水分子排成了中间带洞的六边形。
水冻成冰以后变高了 左边的杯子里是水，水面正好到画的线；放进冷冻室冻成冰以后，右边的冰面比画的线高出一截，中间还微微鼓起来。 水冻成冰，会不会长胖 示意图 高出 一截 画的线 放进冷冻室 冻之前：水到画线的地方 冻成冰以后：比线高了一截
图 5 · 同样多的水，冻成冰以后占的地方变大了，冰面还会微微鼓起来
注意安全 一定要用塑料杯，不要用玻璃瓶，更不要用盖紧盖子的瓶子：水结冰时会“长胖”，可能把玻璃撑破。往冰箱里放东西之前，先问问大人。
## 小结 回到开头的问题，我们一路找到了这些答案： 1. **怎么比轻重才对？** 要比一样大小的时候谁更重，也就是比“密度”。 2. **冰比水轻吗？** 是的，一样大小的冰，大约只有水的九成重，所以冰会浮起来。 3. **为什么冰更轻？** 结冰时水分子手拉手排成六边形，中间空出了洞，同样的地方装下的分子变少了。 4. **这有什么用？** 冰浮在水面上，像被子一样盖住河流，让小鱼能在冰下面过冬。 下次喝冰饮料的时候，看看漂着的冰块露出水面有多少，是不是只有一个小尖尖？ ## 参考资料