右圖是小金設計的試驗裝置

Ⅰ 試驗設計

（一）試驗配水

試驗配水主要模擬排污河水質。考慮到排污河水主要由生活污水和工業廢水組成，除常規污染組分外，一般重金屬和有機污染物比較常見，所以試驗配水選擇了兩種有代表性的重金屬：不易遷移的鉛和容易遷移的鉻，有機物選擇了苯系物和四氯乙烯。具體的配水方案如下：取中國地質大學（北京）生活污水預沉澱1d後，加入硝酸鉛、重鉻酸鉀、汽油和四氯乙烯，攪拌均勻，靜置1d後使用。為了使試驗效果更加顯著，試驗配水中鉛和鉻的濃度均採用10mg/L，汽油和四氯乙烯均各自用量筒量取150mL加入75L污水中。其中，四氯乙烯7d後停止加入，主要是考慮大劑量的四氯乙烯污染會對地下水有影響。

作者曾在試驗正式開始之前就用試驗配水做過初步的研究試驗，目的是了解加入的重金屬和有機物之間，以及它們跟生活污水中的污染組分之間會發生哪些反應。

1.重金屬+生活污水+有機物

試驗配製了七種不同的水樣，它們分別是樣1：Pb標准液（10mg/L）；樣2：生活污水；樣3：Pb標准液（10mg/L）+污水；樣4：Pb標准液（10mg/L）+污水+Cr（10mg/L）；樣5：Pb（10mg/L）+污水+有機物（5mg/L）；樣6：Pb（10mg/L）+污水+有機物（5mg/L）+Cr（10mg/L）；樣7：Pb（10mg/L）+污水+有機物（5mg/L）+Cr（10mg/L）。

從表2-1可以看出，樣2中Pb基本穩定，不與污水發生反應；通過樣3和樣4的對比可以看出，Pb與Cr發生反應生成鉻酸鉛沉澱，故Pb和Cr的濃度均降低很多；樣5和樣3比較，Pb的濃度基本沒有變化，說明Pb與有機物不發生反應，有機物的加入使COD濃度大大提高；樣6和樣7是兩個平行樣，它們與樣5比較的結果同樣顯示了Pb與Cr之間的反應。

表2-1 配水試驗反應結果表 單位：mg/L

2.500mL重鉻酸鉀溶液（5mg/L）+1mL汽油

從表2-2可以看出，Cr⁶⁺的濃度在放置5d後減小了0.16mg/L，說明重鉻酸鉀與汽油會發生一定的氧化還原反應，只是由於反應時間短，效果不是十分明顯。

表2-2 重鉻酸鉀與汽油的反應結果表 單位：μg/L

3.500mL重鉻酸鉀溶液（5mg/L）+40μL四氯乙烯

由於四氯乙烯難溶於水，所以先將其溶於10mL甲醇中，再和重鉻酸鉀溶液混合反應。從表2-3可以看出，重鉻酸鉀與甲醇發生了氧化還原反應，在放置48d之後Cr⁶⁺的濃度降低了2.33mg/L，而在重鉻酸鉀+甲醇+四氯乙烯的反應中，Cr⁶⁺的濃度變化基本同重鉻酸鉀與甲醇的反應，說明重鉻酸鉀不和四氯乙烯發生反應。

表2-3 重鉻酸鉀與四氯乙烯反應時Cr⁶⁺濃度變化表 單位：mg/L

（二）試驗裝置

整個試驗裝置由土柱、配水系統和監測系統三部分組成（圖2-1）。

圖2-1 試驗裝置圖（單位：cm）

土柱 為土柱試驗的主體部分。由內徑為0.15m的3根有機玻璃柱組成，柱高1.5m。柱體下部為0.15m的承托層，由粗的石英砂組成；中部為1.2m的土柱試驗段；試驗段以上為0.10m的試驗用水，由溢流口控制為定水頭。考慮接近野外土體實際情況，土柱側壁用泊紙遮蓋，以起到避光作用。

配水系統 由配水箱、水泵和高位供水箱組成。配水箱容積為75L，可保證土柱試驗3～7d的用水量。將試驗配水由水泵送到高位供水箱，同時向三個土柱供水，採用定水頭連續供水。

監測系統 定水頭供水由溢流口控制，多餘的進水送到配水箱中循環使用。在進水口取樣，監測各特徵組分的進水濃度。在土柱實體部分0.2m、0.4m、0.6m、0.8m、1.0m及1.2m深度處分別設有飽水取樣口，在試驗運行初期，可以定期監測不同深度處各特徵污染組分的濃度變化情況。另外，在土體0.1m、0.5m和0.9m深度處分別設有測壓管，用來監測污水下滲的水動力學特徵。當土柱逐漸被污染物堵塞，變成非飽水狀態時，關閉飽水取樣口，在土體0.2m、0.4m、0.6m、0.8m、1.0m處和飽水取樣口垂直的位置設有非飽水取樣口（陶土頭），外接真空泵抽氣取樣。

（三）有關參數的測定

試驗所選用的三種砂土均為天然砂土，取自北京豐台的不同地段。三種砂土分別為：柱1為粗砂，柱2和柱3均為中砂。

1.砂土篩分及顆粒級配的確定

砂土篩分及顆粒級配情況見表2-4和圖2-2。

表2-4 砂土粒度分析結果表

圖2-2 三種砂土篩分曲線

2.試驗砂土參數測定

測定的砂土參數見表2-5。

表2-5 土的物理性質指標

Ⅱ 設計性物理實驗氣墊導軌測重力加速度

【試驗目的】：

1．研究測重力加速度的方法；

2．測量本地區的重力加速度。

【實驗原理】：

當氣軌水平放置時，自由漂浮的滑塊所受的合外力為零，因此，滑塊在氣軌上可以靜止，或以一定的速度作勻速直線運動。在滑塊上裝一與滑塊運動方向嚴格平行、寬度為 的擋光板，當滑塊經過設在某位置上的光電門時，擋光板將遮住照在光敏管上的光束，因為擋光板寬度一定，遮光時間的長短與滑塊通過光電門的速度成反比，測出擋光板的寬度 和遮光時間 ，則滑塊通過光電門的平均速度為：

若 很小，則在 范圍內滑塊的速度變化也很小，故可以把平均速度看成是滑塊經過光電門的瞬時速度。 越小，則平均速度越准確地反映該位置上滑塊的瞬時速度，顯然，如果滑塊作勻速直線運動，則滑塊通過設在氣軌任何位置的光電門時瞬時速度都相等，毫秒計上顯示的時間相同，在此情形下，滑塊速度的測量值與 的大小無關。

若滑塊在水平方向受一恆力作用，滑塊將作勻加速直線運動，分別測出滑塊通過相距S的2個光電門的始末速度 和 ，則滑塊的加速度：

g=asina.

【待測物理量】：

V〈物體運動速度〉、a〈物體運動加速度〉、g〈本地區的加速度〉、 、 、 〈物體在兩光電門之間的運動時間〉．

【實驗儀器及其使用介紹】：

氣墊導軌、數字毫秒計、滑塊、游標卡尺、墊塊。

一、氣墊導軌

氣墊導軌是一種現代化的力學實驗儀器。實物如右圖所示：

它利用小型氣源將壓縮空氣送入導軌內腔。空氣再由導軌表面上的小孔中噴出，在導軌表面與滑行器內表面之間形成很薄的氣墊層。滑行器就浮在氣墊層上，與軌面脫離接觸，因而能在軌面上做近似無阻力的直線運動，極大地 減小了以往在力學實驗中由於摩擦力引起的誤差。使實驗結果接近理論值。配用數字計時器或高壓電火花計時器記錄滑行器在氣軌上運動的時間，可以對多種力學物理量進行測定，對力學定律進行驗證。

1、導軌

導軌是用三角形鋁合金材料製成。可以調整其平直度，常把它用螺絲固定在工字鋼上，導軌長1.50~2.20 m，兩側面非常平整，並且均勻分布著許多很小的氣孔。導軌一端封閉，上面裝有定滑輪，另一端有進氣嘴，通過皮管與氣源相連。當壓縮空氣進入導軌後，從小氣孔噴出，在導軌和滑塊之間形成空氣層，導軌和滑塊兩端都裝有緩沖彈簧，使滑塊可以往返運動。工字鋼底部裝有3個底腳螺絲，用來調節導軌水平，或將墊塊放在導軌底腳螺絲下，以得到不同的斜度。

2、滑塊

圖2-13 滑塊裝置

滑塊是在導軌上運動的物體，一般用角鋁製成，內表面經過細磨，能與導軌的兩側面很好的吻合。當導軌中的壓縮空氣由小孔噴出時，垂直噴射到滑塊表面，它們之間形成空氣薄層，使滑塊浮在導軌上（圖2-13）。根據實驗要求，滑塊上可以安裝擋光板、重物或砝碼。滑塊兩端除可裝緩沖彈簧外，也可裝尼龍搭扣及輕彈簧。

3、光電轉換裝置

圖2-14 光電轉換裝置

光電轉換裝置又稱光電門，由聚光燈泡和光敏管組成（圖2-14）。聚光燈泡的電源由數字毫秒計供給， 圖2-14光電轉換裝置只要接通毫秒計電源開關，聚光燈泡即可點亮，發出的光束正好照在光敏管上，光敏管與數字毫秒計的控制電路連接。當光照被罩住時，光敏管電阻發生變化，從而產生一個電信號，觸發毫秒計開始計時；當光照恢復或光照又一次被遮住（視數字毫秒計的工作狀態而定），又產生一個電信號，使毫秒計停止計時。毫秒計顯示出一次遮光或兩次遮光之間的時間間隔。

4、注意事項

氣軌是一種高精度實驗裝置，導軌表面和滑塊內表面有較高的光潔度，且配合良好。因此，各組導軌和滑塊只能配套使用，不得與其他組調換，實驗中要嚴防敲碰、劃傷導軌和滑塊（特別是滑塊不能掉在地上）；不得在未通氣時就將滑塊在導軌上滑動，以免擦傷表面；使用完畢，先將滑塊取下再關氣源；導軌和滑塊表面有污物或灰塵時，可用棉紗沾酒精擦拭乾凈；導軌表面氣孔很小，易被堵塞，影響滑塊運動，通入壓縮空氣後要仔細檢查，發現氣孔堵塞，可用小於氣孔直徑的細鋼絲輕輕捅通；實驗完畢，應將軌面擦凈，用防塵罩蓋好。

二、數字毫秒計

數字毫秒計時器簡稱為數字毫秒計。

是一種能夠准確測量橫斷時間間隔的及時毫秒計，測量的最短時間間隔可達到百萬分之一秒（0.1ms）。實驗室通常配用的是JSJ_3A型的數字毫秒計，它採用cmos集成電路，利用石英晶體穩定的震盪特性產生10kz電脈沖，即每秒鍾內產生一萬個脈沖，兩個脈沖之間的間隔是一萬分之一秒。我們把相鄰脈沖的時間間隔稱之為時基。振盪經分頻後，除保留10kz脈沖外，還得到1kz電脈沖。由三者構成時基脈沖信號（即時基分別為0.1ms，1ms和10ms）。用這些脈沖在開始計數和停計數的時間間隔內推動計數器計數，即一個脈沖一個數。從停止到計這一段時間計數器的所記的數由顯示窗口顯示出來。由此得時間為數字窗顯示的數值乘以時基。實物如右上圖所示：

JSJ——3A數字毫秒計面板如右圖所示，

其各建名稱及其功能如下:

控制方式選擇開關：該開關上標有「機控」·「光控」。機控是指用機械接觸來控制開關的通與開，從而控制毫秒機的及時與停機；光控是指用光信號控制計時與停計。本實驗用光控及時方法，即測量須將選擇開關拔至光控一端。

計時方式選擇開關：開關上標有「A」和「B」。選擇開關置於A時，毫秒計的計時時間顯示的時光照被遮擋時開始計時，遮擋結束時計時停計。當選擇開關置於B時，毫秒級顯示的是光敏管被兩次遮擋的時間間隔，即邁著當任何一隻光敏管時，計時開始，當任何一隻光敏管被又一次遮擋時，及時停止。

清零方式選擇開關：為了便於讀出計時結果，根據測量的不同需要，毫秒計數字的時間可以長久保留，也可以短暫保留。當清零方式選擇開關置於「手動」位置時，數字窗中顯示的時間數字，只有在按動手動復位按鈕放可消除。否則會長時間保留下去，並會累加到毫秒計以後的時間數字上。當該選擇開關置於「手動」位置時，數字窗中顯示的時間數字經過一定時間間隔後會自動回零。

延時按鈕：當清零方式選擇開關置於「手動」位置時，數字窗中顯示的時間數字保留的時間長短由此按鈕控制。旋轉此鈕時，顯示時間的長短在0~3s間連續可調。

手動復位：當輕靈方式選擇開關置於0.1s，1ms，10ms三種，由測量需要而選擇適當檔位。時基補通，對應顯示數字所代表的時間長短不同，其儀器的最大誤差也不同。例如，數字窗中顯示數為2677，對於時基為0.1ms，時間為2677×0.1ms=267.7ms，為0.1ms;而對於時基為1ms，則時間為2667×1ms=2667ms，為1ms。

注意：在軌道沒有充氣的情況下，不要將滑塊拿下或取下，更不要在導軌上滑動滑塊！

Ⅲ 如圖所示是一個設計「過山車」的試驗裝置的原理示意圖，光滑斜面AB與豎直面內的圓形軌道在B點平滑連接，圓

（1）由題可知，在經過B點時，壓力N=F（離心力）+G（重力），所版以有7mg=F+mg，F=6mg+mv2/r，所以VB=6gr開跟。
（2）假權設沒有摩擦的話，在B點時，具有的動能為4mgr，由1可得，在B點的動能為1/2MV2，即3mgr，所以在斜道上，摩擦力做功為mgr，斜道長為4r/sin53°，所以斜道長為5r，摩擦力f就應滿足f*5r=mgr。所以f/mg=1/5。
（3）由於在左右軌道的摩擦力相等，而且小車剛好可以做圓周運動，即滿足過最高點的最低速度，最高點的最低速度Vmin滿足mVmin2/r=mg，所以在最高點的機械能有重力勢能+動能，即為2.5mgr，所以摩擦力這時做功0.5mgr，由於左右軌道摩擦力做功相等，所以第二次到達最低點時，機械能只剩下2mgr，並且全部以動能形式存在，所以V=4gr開跟。

Ⅳ 某生物興趣小組為探究綠色植物的光合作用和呼吸作用，設計了如圖實驗裝置，請分析作答：（1）若要探究光

（1）甲和乙構成對復照試驗，變數是光制照，探究的是光照對光合作用的影響；甲和丙可構成一組對照試驗，實驗的變數是植物，可證明在有光條件下氧氣是有綠色植物釋放出來的．
（2）氧氣有助燃的特性，甲裝置試管中收集的氣體可以使帶火星的衛生香復燃，說明綠色植物的光合作用釋放出氧氣．
（3）分析表中的結果，得出的結論是：光照越強，光合作用越強（或光照越弱，光合作用越弱）．若要提高大棚作物的產量，可以採取的措施是適當增加光照強度．
（4）光合作用只能在光下才能進行，呼吸作用有光無光都能進行；呼吸作用吸入氧氣呼出二氧化碳，而二氧化碳被氫氧化鈉溶液吸收了．因此，利用丁裝置研究綠色植物的呼吸作用時，為防止光合作用的干擾，應對該裝置進行遮光處理，一段時間後，玻璃管中紅墨水向右（或右方）移動．
（5）呼吸作用是細胞內的有機物在氧氣的參與下被分解成二氧化碳和水，同時釋放出能量的過程．呼吸作用的表達式是：有機物+氧氣