核心概念
勢能
動能
靜水壓力
水力發電
重力
介紹
你可能不會過多考慮用水來飲用、烹飪、洗滌或游泳。但是你知道水也可以用來發電嗎？嘗試這個有趣的活動來了解水力發電。
背景
由於重力的作用，所有物體和材料在被抬離地面時都具有勢能。當這些物體落回地面時，勢能會轉化為動能或運動能量。在落水的情況下，它可以用來轉動一種叫做渦輪機的東西，它看起來像一個螺旋槳。如果旋轉的渦輪機連線到發電機，它就可以發電。這種透過落水產生的電力稱為水力發電（“水力”表示水）。
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我們如何利用落水的能量？要產生大量電力，你需要大量的水在同一地點快速落下。這意味著雨水不是產生水力發電的好方法，因為它分佈在非常大的區域，並且發生的時間不可預測。瀑布有很多水在一個地方落下，但由於其自然美景，許多瀑布被認為是自然地標和旅遊目的地，所以如果我們在其頂部建造醜陋的發電廠，人們會不高興。解決這個問題的一個方法是建造水壩，或者阻止河流或溪流的大型結構。這會導致形成一個深湖，也稱為水庫，當水流過水壩時，其中一些水可以用來發電（而其餘的水繼續流過瀑布）。在這個活動中，你將研究渦輪機應該放置在哪裡才能產生最多的電力。
請注意，儘管水力發電被認為是一種可再生能源，但它確實會對環境產生一些影響：水壩形成的大型湖泊會破壞現有的動物棲息地；阻斷河流可能意味著許多生物，如魚類，不再能夠從一個區域移動到另一個區域；以及水壩的災難性破壞可能導致嚴重的洪水和生命損失。如果您有興趣，您可以自己研究水力發電的成本和收益。
材料
牛奶壺或兩升蘇打水瓶
小釘子
自來水
膠帶
椅子、凳子或踏腳凳
浴缸、大型水槽或可以潑水的室外區域
捲尺（可選）
準備
在可以把水潑到地上的區域（如室外或浴缸中）收集您的材料。
步驟
用釘子小心地在牛奶壺的一側打三個小孔：一個靠近頂部，一個在中間，一個靠近底部。確保孔在水平方向上相互偏移幾釐米。（孔不應在一條直線上彼此直接上下。）
用膠帶將孔緊密密封。
往壺裡裝滿水。確保您加滿水至超過頂部孔。在開始測試之前，仔細觀察膠帶密封是否能保持住水。
將壺放在高處表面，如凳子或踏腳凳上，在一個可以將水倒在地上的區域。
準備好快速取下膠帶。你認為當你取下膠帶時會發生什麼？水將如何從孔中流出？從三個孔中流出的水的表現是否相同或不同？
快速剝下所有三塊膠帶。仔細觀察。發生了什麼？水流擊中地面的位置在哪裡？
繼續觀察水從壺中排出。水流繼續擊中地面的位置是否相同，還是隨著壺排空而變化？
假設你的牛奶壺是一個水壩，裡面的水是它創造的湖泊。你會把渦輪機放在哪裡，才能從水中產生最多的電力？
額外： 在地面上使用捲尺記錄水噴出的距離。如果您升高或降低[確定?] 壺離地面的高度，這個距離會如何變化？孔之間的距離如何變化？
額外： 嘗試使用不同形狀的容器進行此活動，並在底部相同的高度打孔。如果您比較牛奶壺和兩升蘇打水瓶，會發生什麼？容器的形狀會影響水流出的距離嗎？
額外： 使用不同尺寸的釘子打孔（或讓成年人幫助您使用電鑽打孔）。孔的大小會影響水流的距離或壺排空的速度嗎？
觀察和結果
您應該觀察到從壺底部的孔中流出的水噴得最遠，其次是中間的孔，然後是頂部的孔。這是因為壺底部的靜水壓力（水在一定深度施加的壓力）最高，導致水以較高的速度衝出。這種高速水具有更多的動能來轉動渦輪機併產生電力，因此底部位置將是放置渦輪機的最佳位置。
根據您戳的位置（以及您往壺裡加了多少水），從頂部孔中流出的水可能只會沿著壺的側面滴下來，而實際上不會水平噴出。當水排出時，它不會從孔中噴出那麼遠。發生這種情況是因為靜水壓力是由每個孔的位置和水面之間的高度差異決定的——並且隨著水排出，水面會降低。
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