核心概念
势能
动能
静水压力
水力发电
重力
介绍
你可能不会过多考虑用水来饮用、烹饪、洗涤或游泳。但是你知道水也可以用来发电吗？尝试这个有趣的活动来了解水力发电。
背景
由于重力的作用，所有物体和材料在被抬离地面时都具有势能。当这些物体落回地面时，势能会转化为动能或运动能量。在落水的情况下，它可以用来转动一种叫做涡轮机的东西，它看起来像一个螺旋桨。如果旋转的涡轮机连接到发电机，它就可以发电。这种通过落水产生的电力称为水力发电（“水力”表示水）。
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我们如何利用落水的能量？要产生大量电力，你需要大量的水在同一地点快速落下。这意味着雨水不是产生水力发电的好方法，因为它分布在非常大的区域，并且发生的时间不可预测。瀑布有很多水在一个地方落下，但由于其自然美景，许多瀑布被认为是自然地标和旅游目的地，所以如果我们在其顶部建造丑陋的发电厂，人们会不高兴。解决这个问题的一个方法是建造水坝，或者阻止河流或溪流的大型结构。这会导致形成一个深湖，也称为水库，当水流过水坝时，其中一些水可以用来发电（而其余的水继续流过瀑布）。在这个活动中，你将研究涡轮机应该放置在哪里才能产生最多的电力。
请注意，尽管水力发电被认为是一种可再生能源，但它确实会对环境产生一些影响：水坝形成的大型湖泊会破坏现有的动物栖息地；阻断河流可能意味着许多生物，如鱼类，不再能够从一个区域移动到另一个区域；以及水坝的灾难性破坏可能导致严重的洪水和生命损失。如果您有兴趣，您可以自己研究水力发电的成本和收益。
材料
牛奶壶或两升苏打水瓶
小钉子
自来水
胶带
椅子、凳子或踏脚凳
浴缸、大型水槽或可以泼水的室外区域
卷尺（可选）
准备
在可以把水泼到地上的区域（如室外或浴缸中）收集您的材料。
步骤
用钉子小心地在牛奶壶的一侧打三个小孔：一个靠近顶部，一个在中间，一个靠近底部。确保孔在水平方向上相互偏移几厘米。（孔不应在一条直线上彼此直接上下。）
用胶带将孔紧密密封。
往壶里装满水。确保您加满水至超过顶部孔。在开始测试之前，仔细观察胶带密封是否能保持住水。
将壶放在高处表面，如凳子或踏脚凳上，在一个可以将水倒在地上的区域。
准备好快速取下胶带。你认为当你取下胶带时会发生什么？水将如何从孔中流出？从三个孔中流出的水的表现是否相同或不同？
快速剥下所有三块胶带。仔细观察。发生了什么？水流击中地面的位置在哪里？
继续观察水从壶中排出。水流继续击中地面的位置是否相同，还是随着壶排空而变化？
假设你的牛奶壶是一个水坝，里面的水是它创造的湖泊。你会把涡轮机放在哪里，才能从水中产生最多的电力？
额外： 在地面上使用卷尺记录水喷出的距离。如果您升高或降低[确定?] 壶离地面的高度，这个距离会如何变化？孔之间的距离如何变化？
额外： 尝试使用不同形状的容器进行此活动，并在底部相同的高度打孔。如果您比较牛奶壶和两升苏打水瓶，会发生什么？容器的形状会影响水流出的距离吗？
额外： 使用不同尺寸的钉子打孔（或让成年人帮助您使用电钻打孔）。孔的大小会影响水流的距离或壶排空的速度吗？
观察和结果
您应该观察到从壶底部的孔中流出的水喷得最远，其次是中间的孔，然后是顶部的孔。这是因为壶底部的静水压力（水在一定深度施加的压力）最高，导致水以较高的速度冲出。这种高速水具有更多的动能来转动涡轮机并产生电力，因此底部位置将是放置涡轮机的最佳位置。
根据您戳的位置（以及您往壶里加了多少水），从顶部孔中流出的水可能只会沿着壶的侧面滴下来，而实际上不会水平喷出。当水排出时，它不会从孔中喷出那么远。发生这种情况是因为静水压力是由每个孔的位置和水面之间的高度差异决定的——并且随着水排出，水面会降低。
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