㈠ 如圖為研究滲透作用的實驗裝置，漏斗內溶液（S1）和漏斗外溶液（S2），漏斗內外起始液面一致．滲透平衡時
A、制若S1、S2分別是不同濃度的蔗糖溶液，滲透平衡時的液面差為△h，S1濃度大於S2的濃度，A正確；
B、若S1、S2分別是不同濃度的蔗糖溶液，滲透平衡時的液面差為△h，S1濃度大於S2的濃度，B錯誤；
C、半透膜允許K+、NO3-通過，滲透平衡時，液面差為0，S1濃度等於S2的濃度，C錯誤；
D、半透膜允許K+、NO3-通過，滲透平衡時，液面差為0，S1濃度等於S2的濃度，D錯誤．
故選：A．
㈡ 如圖為研究滲透作用的實驗裝置，實驗所用半透膜為玻璃紙，請回答下列問題：（1）漏斗內溶液（S1）和漏斗
（1）一般兩側溶液的濃度並不相等，因為液面高的一側形成的靜水壓，會阻止溶劑由低濃度一側向高濃度一側擴散，故兩者濃度關系仍是S1＞S2．
（2）圖中半透膜模擬成熟植物細胞的原生質層，從功能上，半透膜只是利用孔徑大小控制物質進出；原生質層是選擇透過性膜，靠能量和載體控制物質出入，具有生物活性，可以完成逆濃度梯度的主動運輸，原生質層由細胞膜和液泡膜以及這兩層膜之間的細胞質構成．
（3）①蔗糖分子不能通過半透膜，而KNO3能夠通過半透膜，滲透平衡時裝置X能出現液面差，裝置Y不能出現液面差．故滲透平衡時，X漏斗內的液面高於燒杯里的液面，Y漏斗內的液面等於燒杯里的液面．
②觀察洋蔥鱗片葉表皮細胞發生質壁分離和復原現象，選潔凈的載玻片分別編號，在載玻片中央分別滴加蒸餾水，製作臨時裝片後觀察洋蔥表皮細胞的初始狀態．用低倍顯微鏡觀察到整個細胞呈現紫色，原因是紫色物質存在於占據了細胞大部分空間的液泡中．
③蔗糖分子不能透過原生質層，蔗糖溶液中的細胞質壁分離後不會自動復原，KNO3能被細胞吸收，導致細胞液和外界溶液的濃度差被消除，從而發生質壁分離自動復原的現象．
（4）上述實驗中最能體現兩種膜功能差異的實驗現象是KNO3溶液中的植物細胞質壁分離後會自動復原．
故答案為：
（1）S1＞S2
（2）原生質層細胞膜和液泡膜以及這兩層膜之間的細胞質
（3）①高於等於
②蒸餾水中央液泡
③發生質壁分離質壁分離後會自動復原
（4）KNO3溶液中的植物細胞質壁分離後會自動復原
㈢ 實驗二 達西滲流實驗
一、實驗目的
1. 通過穩定流滲流實驗，進一步理解滲流基本定律———達西定律。
2. 加深理解滲透流速、水力梯度、滲透系數之間的關系，並熟悉實驗室測定滲透系數的方法。
二、實驗內容
1. 了解達西實驗裝置與原理。
2. 測定 3 種砂礫石試樣的滲透系數。
3. 設計性實驗: 橫卧變徑式達西滲流實驗。
三、達西儀實驗原理
達西公式的表達式如下:
水文地質學基礎實驗實習教程
式中: Q 為滲透流量; K 為滲透系數; A 為過水斷面面積; ΔH 為上、下游過水斷面的水頭差; L 為滲透途徑; I 為水力梯度。
式中各項水力要素可以在實驗中直接測量，利用達西定律即可求取試樣的滲透系數 (K) 。
四、實驗儀器和用品
1. 達西儀 (見圖Ⅰ2-1) 。
2. 試樣: ①礫石 (粒徑為 5 ～ 10 mm) ; ②粗砂 (粒徑為 0. 6 ～ 0. 9 mm) ; ③砂礫混合 (試樣①與試樣②的混合樣) 。
3. 秒錶。
4. 量筒 (100 mL，500 mL 各 1 個) 。
5. 計算器。
6. 水溫計。
圖Ⅰ2-1 達西儀裝置圖
五、實驗步驟
1.測量儀器的幾何參數(實驗教員准備)。分別測量過水斷面的面積(A)，測壓管a、b、c的間距或滲透途徑(L)，記入表格「實驗二達西滲流實驗記錄表」中。
2.調試儀器。打開進水開關，待水緩慢充滿整個試樣筒，且出水管有水流出後，慢慢擰動進水開關，調節進水量，使a、c兩測壓管讀數之差最大;同時注意打開排氣口，排盡試樣中的氣泡，使測壓管a、b的水頭差與測壓管b、c的水頭差相等(實驗教員准備，學生檢查)。
3.測定水頭。待a、b、c三個測壓管的水位穩定後，讀出a、c兩個測壓管的水頭值(分別記為Ha和Hc)，記入實驗記錄表中。
4.測定流量。在進行步驟3的同時，利用秒錶和量筒測量t時間內出水管流出的水體積，及時計算流量(Q)。連測兩次，使流量的相對誤差小於5% ，取平均值記入實驗記錄表。
5.由大到小調節進水量，改變a、b、c三個測壓管的讀數，重復步驟3～4。
6.重復第5步驟2～4次，即完成3～5次試驗，取得某種試樣3～5組數據。
7.換一種試樣，選擇另外一台儀器重復上述步驟3～6進行實驗，將結果記入實驗記錄表中。
8.按記錄表計算實驗數據，並抄錄其他實驗小組不同試樣的實驗數據(有條件的，可用3種試樣做實驗)。
9.實驗中應注意的問題。
1)實驗過程中要及時排除氣泡。
2)為使滲透流速-水力梯度(v-I)曲線的測點分布均勻，流量(或水頭差)的變化要控制合適。
六、實驗成果
1.提交實驗報告表，即達西滲流實驗記錄表。
2.在同一坐標系內繪出3種試樣的v-I曲線(實驗二用紙)，並分別用這些曲線求出滲透系數(K)，與根據實驗記錄表中的實驗數據計算結果進行對比。
七、思考題(任選2題回答)
1)為什麼要在測壓管水位穩定後測定流量?
2)討論3種試樣的v-I曲線是否符合達西定律?試分析其原因。
3)將達西儀平放或斜放進行實驗時，結果是否相同?為什麼?
4)比較不同試樣的K值，分析影響滲透系數(K)的因素。
水文地質學基礎實驗實習教程
實驗二 達西滲流實驗記錄表
水文地質學基礎實驗實習教程
實驗一用紙
實驗二用紙
附 設計性實驗
橫卧變徑式達西滲流實驗
一、實驗目的
1. 測定穩定流、變過水斷面條件下砂性土的滲透系數。
2. 通過實驗加深對穩定流條件下達西定律的理解，加深理解滲透流速、過水斷面、水力梯度和滲透系數之間的關系。
二、設計性實驗內容 (供參考)
1. 將兩個砂樣柱裝同一種砂樣，求取砂樣的滲透系數。
2. 將兩個砂樣柱分別裝兩種砂樣，求取兩種砂樣的滲透系數。
三、實驗儀器與用品
1. 橫卧變徑式達西滲流儀 (圖Ⅰ2-2) 。
2. 不同粒徑的砂樣。
圖Ⅰ2-2 橫卧變徑式達西滲流儀裝置圖
四、橫卧變徑式達西滲流儀簡介
本儀器主體結構包括橫卧變徑式有機玻璃試樣柱兩個，可升降的供水裝置以及測壓板。每一個試樣柱上設有兩個測壓點與測壓板相連，可以測定試樣土層對應點的測壓水頭，了解同一砂樣柱或不同砂樣柱的水力梯度變化特徵。儀器通過升降裝置可調節供水裝置 (穩定供水箱) 水位，通過進水開關控制流量大小。
五、設計實驗要求
1. 查閱相關文獻，實驗前詳細地寫出一種砂性土滲透系數測量的實驗方案。
2. 根據實驗方案設計實驗記錄表格，要求表達直觀，內容齊全，有利於計算分析。
3. 根據設計方案自己動手裝樣與實驗，實驗中詳細記錄實驗步驟、數據和現象。
4. 對實驗數據、計算結果和觀察到的現象進行必要的討論，並撰寫實驗報告。報告內容包括: 實驗目的、實驗原理、實驗內容、實驗步驟、實驗注意事項、實驗成果。
㈣ 實驗二 達西滲透實驗
1.實驗目的
1)通過穩定流條件下的滲透實驗，進一步加深理解線性滲透定律———達西定律。
2)加深理解滲透流速(v)、水力坡度(I)、滲透系數(K)之間的關系，並熟悉實驗室測定滲透系數(K)的方法。
2.實驗內容
1)了解達西滲透實驗裝置(圖B-2、圖B-3)。
2)驗證達西滲透定律。
3)測定不同試樣的滲透系數。
3.實驗原理
在岩石空隙中，由於水頭差的作用，水將沿著岩石的空隙運動。由於空隙的大小不同，水在其中運動的規律也不相同。實踐證明，在自然界絕大多數情況下，地下水在岩石空隙中的運動服從線性滲透定律:
圖B-2 達西儀裝置圖(底部進水)
水文地質學概論
式中:Q為滲透流量，m3/d或cm3/s;K為滲透系數，m/d或cm/s;ω為過水斷面面積，m2或cm2;Δh為上、下游過水斷面的水頭差，m或cm;L為滲透途徑的長度，m或cm;I為水力坡度(或稱水力梯度)， ;v為滲透流速，m/d或cm/s。
利用該實驗可驗證達西線性滲透定律:Q=KωI或v=KI。其主要內容為:流量(Q)(或v)與水力坡度(I)的一次方成正比。在實驗時多次調整水力坡度(改變水頭)，看其流量(Q)(或v)的變化是否與水力坡度一次方成正比關系。
實驗時，可直接測定流量(Q)、過水斷面面積(ω)和水力坡度(I)，從而可求出滲透系數(K)值
室內測定滲透系數，主要採用達西儀。其實驗方法有兩種:①達西儀由底部供水，出水口在上部(圖B-2)。實驗過程中，低水頭固定，調節高水頭;②達西儀是由頂部供水，水流經砂柱，由下端流出(圖B-3)。實驗過程中，高水頭固定，調節低水頭，即調節排水口的高低位置。由底部供水的優點是容易排出試樣中的氣泡，缺點是試樣易被沖動。由頂部供水的優缺點與前一種正好相反。本實訓以頂部供水的達西儀為例進行介紹。
4.實驗儀器及用品
1)達西儀(圖B-3)。
2)量筒(500mL)1個。
3)秒錶。
圖B-3 達西儀裝置圖(頂部進水)(編號說明見圖B-2)
4)搗棒。
5)試樣:①礫石(粒徑5～10mm);②砂(粒徑0.6～0.9mm);③砂礫混合(①與②混合)樣。
5.實驗步驟
(1)實驗前的准備工作
1)測量:分別測量金屬圓筒的內徑(d)，根據 計算出過水斷面面積(ω)和各測壓管的間距或滲透途徑(L)，將所得ω、L數據填入表B-2中。
2)裝樣:先在金屬圓筒底部金屬網上裝2～3cm厚的小砂石(防止細粒試樣被水沖走)，再將欲實驗的試樣分層裝入金屬圓筒中，每層3～6cm厚，搗實，使其盡量接近天然狀態的結構，然後自上而下進行注水(排水管2和水源5連接)，使砂逐漸飽和，但水不能超出試樣層面，待飽和後，停止注水。如此繼續分層裝入試樣並飽和，直至試樣高出上測壓管孔3～4cm為止，在試樣上再裝厚3～4cm小礫石作緩沖層，防止沖動試樣。
3)調試儀器:在每次試驗前，先給試樣注水，使試樣全部飽水(此時溢水管7有水流出)待滲流穩定後，停止注水。然後檢查3個測壓管中水面與金屬圓筒溢水面是否保持水平，如水平，說明管內無氣泡，可做實驗。如不水平，說明管內有氣泡，需排出。排氣泡的方法是用吸耳球對准水頭偏高的測壓管緩慢吸水，使管內氣泡和水流一起排出。用該方法使3個測壓管中水面水平，此時儀器方可進行實驗。
以上工作也可由實驗室教師在實驗課前完成。
(2)正式進行實驗
1)測定水頭:把水源5與排水管2分開，將排水管2放在一定高度上，打開水源5使金屬圓管內產生水頭差，水在試驗中從上往下滲透，並經排水口流出，此時溢水管7要有水溢出(保持常水頭)。當3個測壓管水頭穩定後，測得各測壓管的水頭，並計算出相鄰兩測壓管水頭差，填入表B-2中。
2)測定流量:在進行上述步驟的同時，利用秒錶和量筒測量時間(t)內排水管流出的水體積，及時計算流量(Q)。連續兩次，使流量的相對誤差小於5%(相對誤差(δ)= ，Q1、Q2分別為兩次實驗流量值，取平均值填入表B-2中。
表B-2 達西滲流實驗報告表
3)按由高到低或由低到高的順序，依次調節排水管口的高度位置，改變Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3個測壓管的水頭管讀數。重復步驟1和2，做2～4次，即完成3～5次實驗，取得3～5組實驗數據。
實驗過程中注意:①實驗過程中要及時排除氣泡，並保持常水頭;②為准確繪制v-I曲線，要求測點分布均勻，即流量(水頭差)的變化要控制適度。
(3)資料整理
依據以上實驗數據，按達西公式計算出滲透系數值，並求出其平均值，填入表B-2中。
6.實驗成果
1)提交實驗報告(表B-2)。
2)抄錄其他小組另外兩種不同試樣的實驗數據(有時間時，可自己動手做)。在同一坐標系內，以v(滲透流速)為縱坐標，I(水力坡度)為橫坐標，繪出3種試樣的v-I曲線，驗證達西定律。
復習思考題
1.當試樣中水未流動時，3個測壓管的水頭與溢水口水面保持在同一高度，為什麼?
2.為什麼要在測壓管水頭穩定後再測定流量?
3.三種試樣的v-I曲線是否符合達西定律?試分析其原因。
4.比較不同試樣的滲透系數(K)值，分析影響K值的因素?
5.在實驗過程中為什麼要保持常水頭?
6.將達西儀平放或斜放進行實驗時，其實驗結果是否相同?為什麼?
㈤ 實驗Ⅰ 不穩定滲流實驗
一、實驗目的
通過不穩定流條件下的滲流實驗，加深對Darcy定律的理解。
二、實驗裝置
如圖Ⅰ-1所示，圓管A下段裝有待測定的砂樣，底端為銅絲網，砂樣表層鋪放薄層細礫。實驗開始時，圓管上部裝滿水，水便通過砂樣滲流，圓管上部水位則逐漸下降。
圓管下端放在盛水器皿B中，通過砂樣滲流到器皿中的水會自動溢出，以固定滲流段下游水位。排水容器E通過排水管隨時排走盛水器皿溢出的水。
圖Ⅰ-1 實驗裝置圖
圖Ⅰ-2 t-lg H直線
三、實驗原理
1.2.1節中「不穩定Darcy實驗」已證明，圖Ⅰ-1所示的裝置中水頭H與時間t呈半對數關系（1.23）式，即
地下水動力學（第五版）
式中：t為時間；H0為實驗的初始水頭（即當t＝0時的水頭）；H為對應不同時間t的水頭；l為試樣長度；K為滲透系數。
因此，實驗過程中，可測定對應不同時間的水頭值，作t-lg H直線關系（圖Ⅰ-2），利用該直線的斜率m求滲透系數K。
四、實驗步驟
（1）熟悉儀器結構以及秒錶操作方法與讀數。進行實驗分工，建議一人觀察水頭變化，一人看秒錶，一人記錄。
（2）將盛水器皿充滿水，並將滲透管的下端放入盛水器皿B的水面之下約1cm。
（3）對試樣充水，使其自由滲透2～3次，以飽和砂土，排除空氣。
（4）記下初始水頭H0，對透明管充水到滲透管零點上方。待水位下降至零刻度，開動秒錶記時。
（5）水位下降到預先設計的降深值（如2，4，6，8，…，20cm）時，記錄對應的時間（表Ⅰ-1）。
（6）重復實驗步驟（4）和步驟（5）1～2次，進行核對。
（7）改變滲透管下端沒入盛水器皿的深度（離器皿底部約1cm）進行同樣實驗，記錄讀數。
（8）與不同砂樣的小組交換儀器，重復上述步驟（4）～步驟（7）的實驗，做好記錄。
表Ⅰ-1 實驗Ⅰ數據記錄
註：長度單位為cm，時間單位為s。
五、實驗成果
1.提交實驗數據記錄（表Ⅰ-1）。
2.數據處理
（1）繪制兩種砂樣的t-lg H曲線。
（2）計算滲透系數K（表Ⅰ-2）。
表Ⅰ-2 實驗Ⅰ滲透系數計算簡表
3.問題討論
（1）達西定律的應用條件是什麼？
（2）滲透管出口端放在盛水器皿不同深度時，滲透速度有何變化？為什麼（對比實驗資料說明）？
（3）本實驗中，測定水位H的基準面在何處？
六、試驗性實驗設計
㈥ 如圖為研究滲透作用的實驗裝置，請回答下列問題：（1）漏斗內溶液（S1）和漏斗外溶液（S2）為兩種不同濃
（1）分析題圖的滲透裝置可知，一段時間後，漏斗內的液面上升，說明水分從燒杯進入漏斗，因此漏斗內溶液（S1）的濃度大於漏斗外溶液（S2）的濃度．
（2）成熟的植物細胞的原生質層相當於滲透裝置中的半透膜；二者的不同在於原生質層的選擇透過性具有生物活性，半透膜無生物活性．
（3）①由於蔗糖分大，不能穿過半透膜，因此裝置X出現液面差；K+和NO3-小，可以穿過半透膜，因此Y裝置不會出現液面差．
②由於0.3g/mL的蔗糖溶液和等滲的KNO3溶液都大於細胞液的濃度，細胞通過滲透作用失水，因此都會發生質壁分離現象．
（4）由於原生質層能主動吸收K+和NO3-，使細胞液濃度增加，當細胞液濃度大於外界溶液濃度時，細胞會通過滲透作用吸水，因此發生質壁分離復原的現象；最能體現兩種膜功能差異的實驗現象是KNO3溶液中的細胞質壁分離後會自動復原．
（5）洋蔥在高中生物實驗中可以作為多個實驗的實驗材料，如洋蔥根尖--觀察植物細胞的有絲分裂，洋蔥根尖--低溫誘導染色體數目的變化；洋蔥鱗片葉內表皮--觀察DNA和RNA在細胞中的分布；洋蔥綠色（管狀）葉--葉綠體中色素的提取和分離（或觀察葉綠體）；白色洋蔥--檢測生物組織中的還原糖（或DNA的粗提取與鑒定）；紫色洋蔥鱗片葉外表皮--觀察質壁分離和復原等．
故答案應為：
（1）S1＞S2
（2）原生質層原生質層能主動轉運有關物質而半透膜不能（或原生質具有選擇透過性）
（3）①X②（發生）質壁分離
（4）KNO3溶液中的細胞質壁分離後會自動復原
（5）洋蔥根尖--低溫誘導染色體數目的變化 洋蔥鱗片葉內表皮--觀察DNA和RNA在細胞中的分布
㈦ 某同學製作了如圖1所示的滲透作用裝置
水從水濃度高的地方向水濃度低的地方運輸，燒杯中為蒸餾水，漏斗中為蔗糖溶液，因版此最開始時，水分子進權入漏斗的量大於流出的量，當進入漏斗中的水和流出的水一樣多時，達到動態平衡時，液面幾乎不動，故長頸漏斗內部液面的變化趨勢是先升高後維持在一定數值．
故選：B．
㈧ 某同學設計了如圖Ⅰ所示的滲透作用實驗裝置，實驗開始時長頸漏斗內外液面平齊，記為零液面．實驗開始後，
A、OA段液面不段上升的直接原因是相同時間內從漏斗進入燒杯中的水少專於從燒杯進入漏斗內的水屬的量，A錯誤；
B、AB段液面不再上升的直接原因是相同時間內從漏斗進入燒杯中的水與從燒杯進入漏斗內的水的量相同，B錯誤；
C、OA段液面不段上升的直接原因是相同時間內從燒杯進入漏斗內的水的量多於於從漏斗進入燒杯中的水，C錯誤；
D、AB段液面不再上升的直接原因是相同時間內從漏斗進入燒杯中的水與從燒杯進入漏斗內的水的量相同，D正確．
故選：D
㈨ 實驗Ⅱ 滲流槽剖面二維流實驗
一、實驗目的
1.觀察有入滲補給條件下潛水二維穩定流的滲流現象及特徵。
2.求降雨入滲強度W值，並和實測值進行比較。
3.求含水層的滲透系數K值。
二、實驗裝置
圖Ⅱ-1為二維滲流砂槽示意圖，其長為380cm，寬50cm，槽內裝有均勻的砂，頂部設有模擬降雨裝置，由轉子流量計（M）測定總降雨量。
砂槽的兩端裝有活動的溢水裝置，分別用來穩定河A和河B的水位，升、降可以控制兩側水位的高低，並通過進水閥門K控制供水水源。
圖Ⅱ-1 二維滲流實驗裝置示意圖
槽底和後壁面沿流向按一定間距設有多組測壓管（水平方向共24組，編號依次是A，B，C，…，W，X；每組鉛直斷面6個測點，編號依次為1，2，3，4，5，6）。用軟管連接測壓管孔和測壓管板，可以測定滲流場中144個點的測壓水頭。
三、實驗步驟
（1）領取量筒和秒錶。
（2）檢查並排除測壓管內可能存在的氣泡。
（3）觀察有入滲補給、兩河水位相等（HA＝HB）條件下，河間地塊分水嶺的位置及潛水面的形狀。
（4）測定向河流的排泄量（用體積法），以求得W值。
（5）由轉子流量計（M）讀降雨量QM。
（6）升降溢水裝置A或B，使HA>HB（高差不要太大），觀察測壓管水位變化及分水嶺移動情況，待穩定後記錄各測壓管讀數。
（7）重復步驟（4）和步驟（5）。
四、實驗成果
1.實驗數據記錄
含水層寬度B＝ cm，長度L＝ cm，面積A＝ cm2，底板高程Z0＝ cm。其他數據記入表Ⅱ-1，表Ⅱ-2，表Ⅱ-3。
2.數據計算（選擇合適的公式和數據進行計算，結果填入表Ⅱ-4）。
表Ⅱ-1 實驗Ⅱ綜合數據記錄表
表Ⅱ-2 實驗Ⅱ測壓水頭記錄表（HA>HB）
續表
表Ⅱ-3 實驗Ⅱ測壓水頭記錄表（HA＝HB）
註：表頭為測壓管編號，括弧內數據表示測點到坐標零點的距離；x以A河右壁為零點，Z以含水層底板為零點。
表Ⅱ-4 實驗Ⅱ數據計算成果表
3.在方格紙上繪制實測潛水面、計算潛水面以及剖面流網。
4.問題討論
（1）同一鉛直面上，各測壓管水頭是否相等？試用流網分析為什麼？
（2）分析計算的W值的誤差來源？
（3）進行步驟（6）時，假如使兩側河流水位高差很大時，滲流可能出現什麼現象？
（4）實驗裝置中A，B，…，W，X共24根測壓管沿流向布置；1～6的6根沿鉛直方向布置，表Ⅱ-2，表Ⅱ-3所記錄的測壓管讀數中，哪一排讀數的連線最接近潛水面？
（5）試分析計算的分水嶺位置a和觀測的分水嶺位置a數值不一致的原因。
（6）在以上計算中，選哪些斷面、哪些測壓管的數據，計算結果最符合實際？
五、試驗性實驗設計參考
（1）分段降雨條件下的剖面二維滲流實驗。調節降雨進水閥，形成分段降雨穩定入滲條件，觀察兩河水位相等條件下，河間地塊分水嶺位置、潛水面形狀、水頭分布及流網特徵等。
（2）河岸出滲面及地表徑流的觀測。調節降雨進水閥逐漸加大或減小降雨強度，觀察不同降雨條件下地表產流情況及河岸出滲面現象。