审核与版本：本栏目由北京体育大学海南国际学院（中外合作办学）《游泳与救生》课程组建设与审核，系海南省相关课题（编号 ZDYF2026LALH003）科普转化成果、教师体育科普大赛一等奖作品转化；急救操作口径以 American Heart Association 2025 BLS 为主，欧洲 ERC 5 次初始通气口径如实并列。资料截至 2026 年 9 月，欢迎同行与公众纠错。

← 科普馆首页

1

浮力：为什么人在水里「沉不沉」

F浮 = ρ液 · g · V排

阿基米德原理——排开多少水，就获得多大浮力；人体密度随呼吸在 约 0.94～1.08 g/cm³ 之间变化，而淡水为 1.00、海水约 1.025^[1]^[2]。

交互演示 · 拖动「肺中空气」，并可切换淡水 / 海水

肺中空气

Ⅰ 对应游泳技术

技术吸气时人体平均密度略小于水（约 0.94 g/cm³），所以蹬壁滑行前深吸气、脸埋水中匀速慢吐气，身体就能平直贴水；气吐尽还不抬头换气就会「塌腿下沉」^[1]。

技术蛙泳配合口诀「晚吸气、滑行漂一会儿」，本质就是管理浮力与节奏，减少多余动作。

Ⅱ 对应水中救生

自救落水后不要把力气花在乱扑腾上：吸足气、后仰、嘴朝天，做「仰漂」；或团身「水母漂」，肺就是自带的救生衣。

救生海水含盐密度更大，浮力比淡水约高 3%^[2]；救生员优先使用救生圈、浮标、跟屁虫——它们持续提供额外浮力，比徒手托人省力且安全。

前沿进阶 · 运动科学「水下称重法（hydrostatic weighing）」正是利用呼气后人体密度与脂肪、瘦体重的关系测算体脂率，曾长期是体成分测量的「金标准」之一；现代游泳馆里的「跟屁虫」以数公斤至十几公斤的额外浮力，把自救窗口从秒级拉长到小时级。

一句话原理：吸气增大 V排而体重不变 → 浮力大于重力就上浮；会「呼吸」，就学会了一半的漂浮。

← 科普馆首页

2

阻力：水里为什么「快」不起来

F阻 ≈ ½ · ρ · v² · C · S

游泳阻力由形状（压差）阻力、波浪阻力、摩擦阻力三部分构成（Toussaint & Beek 的经典三分法）；近水面冲刺时，形状阻力约占 40%～60%、波浪阻力 30%～50%、摩擦阻力仅 10%～15%^[3]^[4]。速度翻倍，阻力约增至 4 倍。

Ⅰ 三种阻力，先抓最大的

原理 形状阻力占游泳阻力的大头：迎水投影面积越大、身后涡流区越大，阻力越大；其次是水面制造的波浪阻力，贴紧皮肤与泳衣的摩擦阻力占比最小。

技术流线型三要素：身体平直、双臂前伸并拢、微收下巴、耳贴上臂，把正面投影降到最小——右侧演示中流线型滑行距离明显更远。

数据图 · 三种阻力构成（近水面冲刺，占比区间）来源 [3][4]

形状（压差）阻力 40–60% 波浪阻力 30–50% 摩擦阻力 10–15%

区间存在重叠（合计约 100%，随速度/泳姿变化）；结论明确：减小迎水面积比磨光滑皮肤重要得多。

Ⅱ 救生应用：着衣落水与拖带

自救衣物吸水变重、布料兜水，形状阻力成倍增加——着衣落水不要脱衣、不要用力游，踩水或仰漂保存体力（课程第 54 集着衣泳专训）。

救生拖带溺水者时让其仰卧、头后仰、身体水平，救生员在其腋下/头侧用反蛙泳推进，两人都保持流线型，阻力最小、最省力。

前沿进阶 · 奥运科技与计算流体力学计算流体力学（CFD）已用于模拟人体周围流场与泳衣减阻；2008 年「鲨鱼皮」等高科技泳衣因显著改变阻力与浮力，2010 年起被国际泳联禁止在正式比赛穿着。研究还测得：阻力每降低 1%，速度约可提升 0.3%^[5]；跟游者利用前人涡流可明显省力^[6]。

一句话原理：游得快 ≈ 先减阻再加推进。身体每塌一点、头每抬高一寸，都是在和水做无用功。

同速蹬壁出发对比（循环演示）

红色箭头 = 形状阻力；B 抬头塌腰、迎水面大，阻力箭头更粗，滑行距离更短。

数据图 · 速度与阻力的平方关系拖动速度

以 v=1.0 m/s 时阻力为 1 个单位； —— 冲刺时多耗的力，绝大部分用来对抗平方增长的阻力。

← 科普馆首页

3

作用力与反作用力：人对水做什么，水就怎样推人

F人对水 = − F水对人

牛顿第三定律 · 对水面向后推，身体获得向前的反作用力。游泳推进研究中区分阻力推进（向后划/蹬水）与升力推进（手掌攻角产生的升力分量），优秀运动员两者并用^[6]。

蛙泳腿「收—翻—蹬夹—滑行」受力示意（循环）

没有「翻脚」，脚像两把刀蹚水而过；翻脚后脚掌变成两把桨，蹬夹才有推进。

Ⅰ 对应游泳技术

技术翻脚使脚掌、脚弓和小腿内侧形成桨状对水面；蹬夹时对水面积越大，反作用力越强。

技术划手同理：高肘抱水让前臂与手掌形成对水面，合力向后而不是向下压水，身体才前进。

Ⅱ 对应水中救生

踩水双手在胸前向外向下压水、腿蹬剪夹，水的反作用力持续把人托在水面——这是观察、呼救和给溺水者递物时的「原地悬停」技术。

救生 反蛙泳头朝下游向溺水者后方，夹胸/托腋时手臂向下压水获得支撑，双手可始终固定溺水者头面部。

前沿进阶 · 涡推进与技术诊断高速摄像与粒子图像测速（PIV）显示：划水结束时在水中留下的涡环带走动量，涡越强说明你「抓住」的水越多；Toussaint 团队用 MAD 系统实测发现，高水平选手手掌以约 30°–40° 攻角划水时，升力分量可贡献可观推进。AI 视频姿态评估正是据此检查「对水面是否成立」。

一句话原理：想往前走，就先想「方向后『抓住』多少水」——对水面、蹬夹、节奏共同决定推进效率。

← 科普馆首页

4

压强：同样的力，面积决定效果

p = F / S

小面积集中压强「穿透」，大面积分散压强「托举」。胸外按压要求掌根叠于胸骨下半段、深度 5～6 cm、频率 100～120 次/分^[7]，正是把全身重量集中到最小有效面积。

Ⅰ 救生：胸外按压为什么必须「掌根 + 直臂」

CPR 双手叠扣、手指抬起，把全身重量集中到掌根这一小块面积压在胸骨下半段；配合直臂形成稳定力线，才能把胸骨压下 5～6 cm。晃动曲臂和把力分散到整个手掌、平铺胸部，力量被分散，按压无效还易骨折^[7]。

进入 CPR 权威单元，练 110 次/分节拍器与急救全流程。

进入 CPR 单元：九步流程 · 五参数 · AED →

Ⅱ 游泳与救生：大面积用来「托」

踩水手掌张开、微屈做「8 字」压水，用大面积手掌获得持续向上的反作用力。

浮标救生浮标垫在溺水者腋下与背部的大面积区域，小拖不伤、不勒不呛，浮力却足以托起一个成人——这也是优先「器材救援」而非徒手的原因。

前沿进阶 · 伯努利与手掌攻角手掌以一定攻角对水弯曲划动时，手背与掌心水流速度不同，依据伯努利原理产生类似机翼的升力；实验室掌部压力传感器测得，高肘抱水时掌心与手背存在明显压差。按压要「小而集中」、划水要「大而成型」，用的是同一公式的两面。

一句话原理：要「压进去」就减小面积（掌根），要「托得住」就增大面积（手掌、浮标）。

同样的力 F，受力面积不同

救生评判原则：用细端把压强压进关键点，整体平稳托住安全。

← 科普馆首页

5

热传递：冷水里的「三道鬼门关」

Q = k · A · ΔT · t

水的导热能力约为空气的 25 倍^[11]。冷水遇险真正的致死顺序往往不是「先冻僵」，而是冷休克 → 冷失能 → 低体温，即国际通行的「1-10-1」框架^[9]。

冷水浸没三阶段（教学框架 · 个体与水温差异大）

① 0–3 分钟｜冷休克不自主「倒吸气」、无法控制的过度通气、心率血压骤升；头若在水下，倒吸气直接导致误吸溺亡，也可诱发心律失常。

② 约 3–30 分钟｜冷失能外周神经与肌肉快速降温，握力、划水与踩水能力逐渐丧失，无法保持面部出水。

③ 约 30 分钟后｜低体温核心体温跌破 35℃；即使冰水中，因失温意识丧失也通常需约 1 小时。

点击水温，看「冷失能」大致时间窗（示意，非精确时刻表）

冷失能时间窗（定性示意）来源 [9][10]

Ⅰ 自救：HELP 保温姿势与抱团待援

自救双腿弯曲收拢、双臂抱紧胸前、双腿交叉略收，减少胸腋腹股沟与头颈散热；多人则围成一圈、肘部相挽（Huddle），让儿童在中间。

原则落水后静止漂浮、保存核心温度，游泳产热抵不过水带走的热；除非近处有可靠漂浮物，否则不要长距离游泳。

Ⅱ 救生与教学提示

判断深水区、深水夜、长时间浸泡也会失温；救上岸后出现剧烈寒战、说话不清、动作僵硬就要按失温处置：避风、擦干、换干衣、保暖颈部/腋下/腹股沟，缓慢复温并尽快送医。

科普水温、课时与起水保暖安排本身就是科学健身与主动健康课的一部分。

前沿进阶 · 冷休克才是冷水溺亡首因朴茨茅斯大学 Mike Tipton 团队的研究表明：冷水最初几分钟致死的主因是冷休克反射（倒吸气误吸），而非低体温；且冷休克可通过反复、短时的规律暴露明显习服——这正是冬泳与救生训练必须循序渐进、严禁贸然下水的科学依据^[10]。

一句话原理：水不是「更冷的空气」——它以约 25 倍效率带走热量，保存体力与体温先于游向岸边。

← 科普馆首页

6

缺氧生理：溺水为什么要抢「黄金 4 分钟」

缺氧 → 脑损伤 → 心搏骤停

溺水是缺氧性伤害：屏气极限 → 不自主吸气 → 喉痉挛/水进入气道 → 无法换气 → 全身缺氧 → 意识丧失 → 心搏骤停。约 70% 的溺水者肺内水并不多，「倒出的多是胃内容物」，所以严禁任何形式控水。

30万+WHO：全球每年估计约 30 万人因溺水死亡^[12]

92%92% 溺水死亡发生在低收入和中等收入国家^[12]

1/45 岁以下儿童约占全部溺水死亡的近四分之一^[12]

第3–4位溺水是 1–4 岁儿童第 4 位、5–14 岁第 3 位死因^[12]

溺水发生链与时间窗（教学示意）

屏气 → 喉痉挛、不自主吸气、水进入气道 → 无法换气 → 全身缺氧 → 意识丧失 → 心搏骤停。

0–1 分钟
脑细胞开始缺氧，抢救成功率最高

1–4 分钟
黄金时间，尽早通气/CPR，预后最好

4–6 分钟
严重脑损伤，存活率快速下降

6–10 分钟
长时间缺氧，即使存活也多遗留严重神经损伤

>10 分钟
极低水温/婴幼儿偶有长时间淹没后存活的报道

关键溺水骤停核心矛盾是缺氧：训练有素者先给 2 次初始人工呼吸（每次约 1 秒、见胸廓起伏），再 30 次按压（2:30 起始），之后 30:2 循环；AED 到后按提示使用、电击后立即继续 CPR^[7]。为减少少数人「争取时间」的犹豫，绝不能因此等待或放弃抢救。

进入 CPR 单元：九步流程 · 五参数 · AED · 急救仿真 →

两套权威口径的差异（如实标注）美国心脏协会（AHA）体系：溺水先通气，训练有素者起始 2 次人工呼吸后按 30:2；欧洲复苏委员会/英国复苏委员会体系：溺水时先给 5 次初始人工呼吸，再按 30:2^[8]。共同点比差异更重要：溺水先解决缺氧、严禁控水、立刻开始 CPR 并尽快 AED。本课程操作以单元页 AHA 2:30 口径为准。

相对抢救成功率随缺氧时间变化（教学示意）非单篇实测数据

曲线为综合急救教学的定性示意，用于理解「时间就是大脑」；个体差异、水温、年龄影响极大，不作为临床预测值。

前沿进阶 · 潜水反射面部接触冷水会触发哺乳动物潜水反射：心率减慢、外周血管收缩、血液优先保心脑——婴幼儿反应更强，这解释了冰水中长时间淹没后偶发的存活奇迹，但它不可预测，绝不构成延迟救援或放弃 CPR 的理由^[13]。

← 科普馆首页

7

光与声：救生员为什么要「站得高、一直看」

折射 n水 ≈ 1.33 · 水中声速 ≈ 1480 m/s

视觉失真、声向界面偏折，直接决定瞭望与呼救是否有效。光从空气进入水中发生折射，视深 ≈ 实际水深的 3/4（1/1.33）；水下人看到的整个水上世界，被压缩进一个约 97° 的「斯涅尔窗」圆锥^[14]。

折射 · 视深与斯涅尔窗

实际水深

光从水进入空气发生折射，逆着光线看，池底物体抬高约 1/4——水深、距离都会被低估。

Ⅰ 瞭望：高位、主动、10/20 原则

折射池底变浅、水波反光遮挡视线，水下情况被低估；救生员须居高临下、主动扫视而不是靠岸边平视。

观察重点扫描「安静」的人：本能溺水反应者无法挥手呼救、不能说话，只有头部在水面上下、手臂在体侧向下压水——没有挥手呼救，反而最危险。

标准国际泳池救生通行 10/20 保护原则：10 秒内识别出责任区内的溺水者，20 秒内到达并展开施救；加拿大救生协会进一步给出 10–30 秒扫视窗——因为人可能在约 30 秒内没顶^[15]^[16]。

Ⅱ 声音：水下别指望「喊」

声学声音在水中传播约 1480 m/s（空气约 340 m/s 的 4 倍多），但水与空气界面存在巨大声阻抗差，大部分声音被反射回去，水下听不清岸上喊话、岸上也难分辨水中声音^[17]。

科普给中小学宣讲的一句话：「耳朵会骗人，眼睛才救命；落水不喊叫，安静最危险。」

一句话原理：光的折射低估深度，声的界面阻隔呼救——救生是「看」出来的科学。

← 科普馆首页

← 返回科普馆首页

科普思考题（7 题 · 选对见解析）

不计分、不锁定，用来检验你是否真正「懂原理」；建议中小学宣讲现场互动使用。

← 返回科普馆首页

从科普到公益：把科学讲给最需要的人

本栏目由教师体育科普大赛一等奖作品转化，配套「农村防溺水公益行 · 小学幼儿园水域安全宣讲」：用浮力、阻力、折射与缺氧时间窗四个实验，让孩子看懂「为什么会沉、为什么不能野泳、溺水为什么安静、落水如何自救待援」。体现科学精神、生命教育与中华体育精神中的互助担当，服务健康中国与乡村安全。

课程思政融入点：尊重生命的科学态度 · 见义勇为的责任担当 · 主动健康的生活方式 · 人道主义救援精神。

学习 CPR 与溺水急救从蛙泳腿理解反作用进入课程学习（55 集） AI 技术评估窗口

← 返回科普馆首页

参考文献与出处

原理性内容均给出权威或可核查来源；标注「教学示意」的图表用于定性理解，不作为临床或工程精确值。

[1] 阿基米德原理：人民教育出版社《物理》八年级下册；人体密度与「水下称重法」体成分测量参见运动生理学通用教材及 American Red Cross, Swimming & Water Safety。redcross.org/take-a-class/swimming
[2] 海水密度约 1.025 g/cm³：美国国家海洋和大气管理局（NOAA）海洋水体性质资料。oceanservice.noaa.gov · Currents Density
[3] 阻力三分法（摩擦/形状压差/波浪）：Toussaint & Beek (1992)，转引自 Frontiers in Physiology (2022) 主动阻力数值与实验方法系统综述。frontiersin.org · fphys.2022.938658
[4] 近水面冲刺速度下三阻力占比区间（形状 40–60%、波浪 30–50%、摩擦 10–15%）：Swimming Hydrodynamics 综述。mysimulator.uk · swimming hydrodynamics
[5] 「阻力每降低 1%、速度约提高 0.3%」：A Brief Discussion on the Mechanical Principles in Swimming, Advances in Engineering Innovation。aei.ewapub.com/article/view/18991.pdf
[6] 跟游水动力相互作用：Royal Society Interface (2019), Steady hydrodynamic interaction between human swimmers。royalsocietypublishing.org · rsif.2018.0768
[7] 胸外按压深度 5–6 cm、频率 100–120 次/分、30:2、每次通气约 1 秒：American Heart Association, 2025 Adult Basic Life Support Guidelines。cpr.heart.org · Adult BLS
[8] 溺水时先给 5 次初始人工呼吸、随后 30:2（欧洲复苏委员会/英国复苏委员会口径）：e-SAFE, Drowning。e-safe-anaesthesia.org · Drowning.pdf
[9] 冷水浸没「1 分钟冷休克–10 分钟冷失能–1 小时低体温」：Wilderness Medical Society, Cold Water Immersion and Hypothermia。wms.org · Coffey CWI
[10] 1-10-1 为粗略口诀、失能时间随水温与个体显著差异（近冰点可 2–10 分钟失能）：National Center for Cold Water Safety, The 1-10-1 Myth。coldwatersafety.org/1-10-1-myth
[11] 水导热能力约为空气 25 倍、HELP 姿势：美国国家气象局（NWS）冷水安全资料。weather.gov/safety/coldwater
[12] 全球溺水负担（每年估计约 30 万例死亡、92% 发生在中低收入国家、5 岁以下近四分之一、年龄别死因顺位）：世界卫生组织《溺水》实况报道。who.int · 溺水实况报道
[13] 哺乳动物潜水反射（心率减慢、外周血管收缩，婴幼儿反应更强）：Diving reflex 生理学科普资料。en.wikipedia.org · Diving reflex
[14] 斯涅尔定律、视深约为实际深度的 3/4、斯涅尔窗约 97° 圆锥：Snell's window / Refraction 物理学科普资料。en.wikipedia.org · Snell's window
[15] 10/20 保护原则（10 秒识别、20 秒到达施救）：Jeff Ellis & Associates, International Lifeguard Training Program。jellis.com · ILTP
[16] 10–30 秒扫视窗、人最快约 30 秒即可没顶：Lifesaving Society (BC & Yukon), National Lifeguard Standard。lifesaving.bc.ca · 10-30 Scanning Window
[17] 水中声速约 1480 m/s、水-空气界面声阻抗失配：Underwater acoustics 科普资料。en.wikipedia.org · Underwater acoustics

本栏目为教学科普，不替代正规救生员认证培训与急救医嘱；如发现数据需更新，以最新版权威指南为准。

← 返回科普馆首页

辟

科学辟谣厅：溺水救援六大流言终结

对标「科普中国 · 科学辟谣」范式：每条给出 误区 → 真相 → 权威依据，适合中小学、幼儿园与乡村宣讲现场逐条澄清。

流言一　「溺水者都会大喊大叫、拼命挥手」

真相：本能溺水反应阶段，人无法挥手呼救、也无法说话，只能在水面上下沉浮，通常 20～60 秒内没顶。安静，才是最危险的信号。

依据：国际救生员训练 10/20 保护原则、加拿大救生协会 10–30 秒扫视窗 [15][16]

流言二　「手拉手下水救人最勇敢」

真相：手拉手人链极易被溺水者拉断、拉滑，造成连环溺亡。专业原则是「叫、叫、伸、抛」：先呼救报警、再用竿棍延伸、抛掷浮具，非专业人员不徒手下水。见义勇为值得敬重，科学救援才是对生命负责。

依据：红十字会与国际救生员通用岸上救援程序 [1]；《民法典》第 184 条善意施救免责

流言三　「救上岸先倒挂着把水控出来」

真相：WHO、美国心脏协会（AHA）、欧洲复苏委员会（ERC）一致禁止任何形式倒挂控水——溺水的核心是缺氧，控水延误通气还可致误吸。清醒者侧卧保暖；无反应无呼吸立即 CPR，溺水先给人工呼吸，AED 任何人都可按提示使用。

依据：AHA 2025 BLS [7]；e-SAFE 溺水复苏 [8]；WHO 溺水实况报道 [12]

流言四　「会游泳就不会溺水」

真相：抽筋、冷水休克（数分钟内即可不自主吸气误吸）、浅水晕厥、疲劳、酒后、急流与离岸流均可致溺；约 70% 的溺水者肺内水并不多，致死的是缺氧。野外水域永远不凭水性冒险。

依据：冷水休克研究 [9][10]；WHO 溺水机制 [12]

流言五　「落水后要拼命游回岸边」

真相：水的导热能力约为空气 25 倍，冷水期游泳产热抵不过散热，还会加速肢体失能。应后仰、放松、保存体力，单人取 HELP 保温姿势、多人围成 huddle，非必要不作长距离游泳。

依据：美国国家气象局（NWS）冷水安全与 HELP 姿势 [11]；1-10-1 框架 [9][10]

流言六　「孩子溺水动静很大，家长自然听得见」

真相：儿童溺水同样无声而快速。带孩子下水时须指定专职目视看护人，持续扫描、不玩手机、不擅离；标准泳池救生遵循 10 秒识别、20 秒到达施救。

依据：Jeff Ellis 国际救生员训练 10/20 原则 [15]；Lifesaving Society 扫视窗 [16]

宣讲用法：可让学生先举手判断「这条是真是假」，再翻开真相与依据——先破除直觉，再建立科学程序，记忆留存率远高于直接讲授。

← 返回科普馆首页

让每一个动作都有科学依据

浮力：为什么人在水里「沉不沉」

阻力：水里为什么「快」不起来

作用力与反作用力：人对水做什么，水怎样推人

压强：同样的力，面积决定效果

热传递：冷水里的「三道鬼门关」

缺氧生理：溺水为什么要抢「黄金 4 分钟」

光与声：救生员为什么要「站得高、一直看」

虚拟仿真技术单元

AI 技术评估窗口

科普思考题 · 7 题

科学辟谣厅 · 6 条

公益科普行

参考文献与出处

浮力：为什么人在水里「沉不沉」

Ⅰ 对应游泳技术

Ⅱ 对应水中救生

阻力：水里为什么「快」不起来

Ⅰ 三种阻力，先抓最大的

Ⅱ 救生应用：着衣落水与拖带

作用力与反作用力：人对水做什么，水就怎样推人

Ⅰ 对应游泳技术

Ⅱ 对应水中救生

压强：同样的力，面积决定效果

Ⅰ 救生：胸外按压为什么必须「掌根 + 直臂」

Ⅱ 游泳与救生：大面积用来「托」

热传递：冷水里的「三道鬼门关」

Ⅰ 自救：HELP 保温姿势与抱团待援

Ⅱ 救生与教学提示

缺氧生理：溺水为什么要抢「黄金 4 分钟」

溺水发生链与时间窗（教学示意）

光与声：救生员为什么要「站得高、一直看」

Ⅰ 瞭望：高位、主动、10/20 原则

Ⅱ 声音：水下别指望「喊」

科普思考题（7 题 · 选对见解析）

从科普到公益：把科学讲给最需要的人

参考文献与出处

科学辟谣厅：溺水救援六大流言终结

让每一个动作
都有科学依据