某滲流實驗裝置如圖所示砂

Ⅰ 如圖所示，為「探究加速度與力、質量的關系」實驗裝置圖，設小車和砝碼質量為M，砂和砂桶質量為m（1）下

（1）A、改變小車質量時，根據mgsinθ=μmgcosθ知，m可以約去，不需要重新平衡摩擦力．故A錯誤；
B、平衡摩擦力時，不能將裝砂的小桶用細繩通過定滑輪系在小車上．故B錯誤；
C、實驗中只有砂和砂桶質量應遠小於小車和砝碼總質量時，才能認為砂和砂桶的重力等於小車的合力，故C正確；
D、為了探究加速度與質量的關系，應保持F不變，為了直觀地判斷加速度a與質量m的數量關系，應作a-

1

m

圖象．故D正確．
故選：CD．
（2）若沒有平衡摩擦力，則當F≠0時，a=0．也就是說當繩子上有拉力時小車的加速度還為0，所以可能是圖中的圖線C．
故答案為：（1）CD；（2）C．

Ⅱ 達西滲流定律的達西定律

達西在1856年通過了大量的實驗研究，總結得出滲流能量損失與滲流速度之間的關系，即達西定律。
達西定律：
達西實驗裝置如圖所示。圓筒橫斷面積為A，其中充填均勻的砂粒，砂層厚度為l，由金屬網支托。水由穩壓水箱經水管A流入圓筒中，再經砂層滲濾後由出水管B流出。其流量由量筒C量測，在砂層上下兩端裝測壓管以量測滲流的水頭損失。由於滲流流速極小，所以流速水頭可以忽略不計，總水頭可用測壓管水頭來表示，水力坡度可以用測壓管坡度來表示：

達西分析了大量實驗資料，得到圓筒內的滲流量Q與圓筒橫斷面積A和水力坡度J成正比，並和砂層的透水性能有關。達西建立的基本關系為：Q=kAJ,也可以寫成V=Q/A=kJ，式中 k為滲流系數，反映了土壤的透水性能。
實驗發現，隨著雷諾數Re的增加，多孔介質（砂層）中的流動狀態經歷三個區域：①線性層流區：粘性力占優勢，達西定律成立，上限約在Re=10左右；②非線性層流區(過渡區)：為主要被慣性力制約的層流，達西定律不成立，上限約在Re=100左右，在上限附近開始有層流到湍流的過渡；③湍流區：慣性力占優勢，達西定律不成立。由此可見，從上限雷諾數方面偏離達西定律與層流到湍流的過渡不是完全等價的。
在滲流速度很低時，流體與介質間的表面分子力作用顯得更為重要。部分液體的滯流現象使孔隙度發生變化，從而引起滲透率的相應變化。實驗表明，這時孔隙度和滲透率均隨滲流速度的增加而增加，速度到某一臨界值後不再變化，因此不遵循達西定律。
在雷諾數大於上限Re數的情況下，應該用「滲流的二項式定律」代替達西定律，即
，
式中A、B為決定於流體和介質性質的常數。
在雷諾數小於下限Re數情況下，非線性滲流定律的一般形式可寫為：
式中f(J)為小雷諾數情況下滲透率隨水力坡度的變化函數關系，由實驗確定。
以上主要是單相流體達西滲流定律；對於多相流體，達西定律對每一相仍然成立，只需將滲透率修正為該相的相滲透率即可。

Ⅲ Ⅰ、圖1為「驗證牛頓第二定律」的實驗裝置示意圖．砂和砂桶的總質量為m，小車和砝碼的總質量為M．實驗中

I．（1）將不帶滑輪的木板一端適當墊高，在不掛沙和沙桶的情況下使小車恰好做勻速運動，以使小車的重力沿斜面分力和摩擦力抵消，那麼小車的合力就是繩子的拉力．要判斷是否是勻速運動，我們可以從打出的紙帶相鄰的點的間距來判斷小車是否做勻速運動，故選B．
（2）當m＜＜M時，即當沙和沙桶的總重力要遠小於小車的重力，繩子的拉力近似等於沙和沙桶的總重力．故選C．
（3）相鄰的兩個計數點之間還有四個點未畫出，相鄰的計數點時間間隔為0.1s
利用勻變速直線運動的推論△x=at²，
s_DE-s_AB=3a₁T²
s_EF-s_BC=3a₂T²
s_FG-s_CD=3a₃T²
a=

a1+a2+a3

3

=0.42m/s²．
Ⅱ．（1）①由於滑動變阻器的分壓作用，使開始實驗時小燈泡兩端電壓為0，應使滑動變阻器的滑片靠近變阻器左端的接線柱．
②描繪小燈泡燈絲的伏安特性曲線，必須測量多組數據，即增加小燈泡兩端的電壓，記錄電流表和電壓表的多組讀數，直至電壓達到額定電壓
（2）如圖所示

故答案為：Ⅰ．（1）B（2）C（3）0.42
Ⅱ．（1）①使它靠近變阻器左端的接線柱
②增加小燈泡兩端的電壓，記錄電流表和電壓表的多組讀數，直至電壓達到額定電壓
（2）如圖所示

Ⅳ 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:

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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H_a和H_c)，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。

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實驗二 達西滲流實驗記錄表

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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。

Ⅳ 小英設計了一個實驗，驗證水的內部壓強和水深的關系，所用的裝置如圖所示，增加細管內的砂粒可以改變細管

根據壓強的公式，P=

F

S

，F_浮=G=F，利用阿基米德原理可表示出浮力的大小專，F_浮=ρ_水gV_排，要得浮屬力，就必須測出V_排，V_排=Sh，所以要使用刻度尺測細管的直徑d和浸入水中的深度H；這樣求出浮力，也就得出壓力大小，然後就表示出了壓強大小，進而得出結論．
故答案為：
（1）需要用的測量工具是直尺；需測量細管的直徑D和細管沉入水中的深度H₁，H₂．
（2）實驗步驟：①測出細管的直徑D；②在細管中加入少量砂粒，將細管放入盛有水的容器中，平衡後用直尺測出細管沉入水中的深度H₁；③增加細管中的砂粒，再將細管放入盛有水的容器中，平衡後用直尺測出細管沉入水中的深度H₂．
（3）導出計算壓強的公式．平衡時，細管（含砂粒）所受重力G_管與所受浮力F_浮相等，
即G_管=F_浮，又G_管=p₁S=p1π(

D

2

)2，F_浮=V₁ρ_水g=π(

D

2

)2H1ρg；故得：p₁=H₁ρ_水g
（4）同樣可證p₂=H₂ρ_水g；所以

p2

p1

＝

H2

H1

，說明水的內部壓強與水深是成正比的．

Ⅵ 某探究學習小組在「探究加速度與物體質量、物體受力的關系」的實驗裝置如圖1所示．（1）除桌面上的實驗器

（1）本試驗中要通過紙帶求解加速度，所以需要刻度尺測量長度，要研究質量與加速度的關系，需要測量小車質量，所以需要天平．
（2）A、平衡摩擦力時，應將長木板不帶定滑輪的一端適當墊高，故A錯誤；
B、平衡摩擦力時，應將繩從小車上拿去，輕輕推動小車，是小車沿木板運動，通過打點計時器打出來的紙帶判斷小車是否勻速運動．故B錯誤．
C、每次改變小車的質量時，小車的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩擦力．故C正確．
D、實驗時，應先放開小車，再接通打點計時器電源，由於小車運動較快，可能會使打出來的點很少，不利於數據的採集和處理．故D錯誤．
故選C
（3）從上圖中發現直線沒過原點，當F≠0時，a=0．也就是說當繩子上有拉力時小車的加速度還為0，說明小車的摩擦力與繩子的拉力抵消呢．該組同學實驗操作中遺漏了平衡摩擦力或平衡摩擦力不足這個步驟．
（4）隨著F的增大，即砂和砂桶質量的增大，不在滿足砂和砂桶遠小於小車的質量，因此曲線上部出現彎曲現象，故C正確．
故選C
故答案為：（1）天平刻度尺．（2）C
（3）沒有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不夠
（4）C

Ⅶ 1．如圖所示，是某次利用氣墊導軌探究加速度與力、質量關系的實驗裝置安裝完畢後的示意圖，圖中A為砂桶，B

1. B、C間的連線應與紙帶平行。
2. 電火花打點計時器應用220V電壓圖中6V錯。
3. 開始時紙帶連C滑塊端應與打點計時器E靠近但不想接觸。

Ⅷ 「探究加速度與力和質量的關系」實驗裝置如圖1所示．（1）為減小實驗誤差，砂桶總質量應該______小車總質

（1）對整體分析，根據牛頓第二定律得，a=

mg

m+M

，
則繩子的拉力F=Ma=

mg

1+ m M

，當M＞＞m時，F=mg．即為減小實驗誤差，砂桶總質量應該遠小於小車總質量．
（2）為了消除小車與水平木板之間摩擦力的影響應採取做法是，將不帶滑輪的木板一端適當墊高，在不掛鉤碼的情況下使小車恰好做勻速運動，以使小車的重力沿斜面分力和摩擦力抵消，所以應將右端適當墊高；
（3）每5個點取一個計數點，所以相鄰的計數點間的時間間隔T=0.1s，
利用勻變速直線運動的推論得出：
v_E=

0.016+0.018

2×0.1

=0.17m/s．
根據勻變速直線運動的推論公式△x=aT²可以求出加速度的大小，
得：小車的加速度為a=

0.012?0.010

0.01

=0.2m/s²．
（4）為了更直觀地反映物體的加速度a與物體質量m的關系，為了直觀判斷二者間的關系，應作出直線圖形．探究加速度與質量的關系時，為了直觀判斷二者間的關系，應作出a-

1

m

圖象．
故答案為：（1）遠小於；（2）右端；（3）0.17、0.2；（4）a-

1

m

Ⅸ 如圖所示的實驗裝置可以驗證牛頓第二定律，小車上固定一個盒子，盒子內盛有砂子．砂桶的總質量（包括桶以

（來1）將車內的沙子轉移到桶中，自就保證了M+m不變，即系統的總質量不變，研究對象是整個系統，a=

F

M+m

＝

mg

M+m

，
可見a-F圖象斜率的物理意義是

1

M+m

，即系統的總質量倒數（小車、盒子及盒內沙子、懸掛的桶以及桶內沙子質量之和倒數）
（2）因為實驗的研究對象是整個系統，系統受到的合外力就等於mg，當作合外力F是合理的．
故答案為：（1）

1

M+m

（2）合理

Ⅹ 有一個同學經過思考，認為驗證牛頓第二定律的實驗裝置（如圖所示）也可以用來驗證動能定理．其實驗過程為

（1）從計數點A到計數點E，小桶和砂的重力所做的功W=mgh=0.11×9.8×（1.40-0.20）=1.294J
圖中各點為每10個打點內選出的計數點容（兩計數點間還有9個打點未標出），所以相鄰的計數點的時間間隔是0.2s．
勻變速直線運動中，時間中點的瞬時速度等於該過程中的平均速度，因此有：
vA=
x0B
t0B
=2.2m/s
vE=
xDF
tDF
=3.8m/s
小車動能的增量△Ek=1/2mv
2E-1/2mv
2A=1.08J
（2）實驗結果W和△Ek在誤差允許范圍內總是不相等，你認為主要原因是：小車受到的拉力不等於小桶和砂的重力
故答案為：（1）1.294； 1.08
（2）小車受到的拉力不等於小桶和砂的重力