㈠ 如图为研究渗透作用的实验装置，漏斗内溶液（S1）和漏斗外溶液（S2），漏斗内外起始液面一致．渗透平衡时
A、制若S1、S2分别是不同浓度的蔗糖溶液，渗透平衡时的液面差为△h，S1浓度大于S2的浓度，A正确；
B、若S1、S2分别是不同浓度的蔗糖溶液，渗透平衡时的液面差为△h，S1浓度大于S2的浓度，B错误；
C、半透膜允许K+、NO3-通过，渗透平衡时，液面差为0，S1浓度等于S2的浓度，C错误；
D、半透膜允许K+、NO3-通过，渗透平衡时，液面差为0，S1浓度等于S2的浓度，D错误．
故选：A．
㈡ 如图为研究渗透作用的实验装置，实验所用半透膜为玻璃纸，请回答下列问题：（1）漏斗内溶液（S1）和漏斗
（1）一般两侧溶液的浓度并不相等，因为液面高的一侧形成的静水压，会阻止溶剂由低浓度一侧向高浓度一侧扩散，故两者浓度关系仍是S1＞S2．
（2）图中半透膜模拟成熟植物细胞的原生质层，从功能上，半透膜只是利用孔径大小控制物质进出；原生质层是选择透过性膜，靠能量和载体控制物质出入，具有生物活性，可以完成逆浓度梯度的主动运输，原生质层由细胞膜和液泡膜以及这两层膜之间的细胞质构成．
（3）①蔗糖分子不能通过半透膜，而KNO3能够通过半透膜，渗透平衡时装置X能出现液面差，装置Y不能出现液面差．故渗透平衡时，X漏斗内的液面高于烧杯里的液面，Y漏斗内的液面等于烧杯里的液面．
②观察洋葱鳞片叶表皮细胞发生质壁分离和复原现象，选洁净的载玻片分别编号，在载玻片中央分别滴加蒸馏水，制作临时装片后观察洋葱表皮细胞的初始状态．用低倍显微镜观察到整个细胞呈现紫色，原因是紫色物质存在于占据了细胞大部分空间的液泡中．
③蔗糖分子不能透过原生质层，蔗糖溶液中的细胞质壁分离后不会自动复原，KNO3能被细胞吸收，导致细胞液和外界溶液的浓度差被消除，从而发生质壁分离自动复原的现象．
（4）上述实验中最能体现两种膜功能差异的实验现象是KNO3溶液中的植物细胞质壁分离后会自动复原．
故答案为：
（1）S1＞S2
（2）原生质层细胞膜和液泡膜以及这两层膜之间的细胞质
（3）①高于等于
②蒸馏水中央液泡
③发生质壁分离质壁分离后会自动复原
（4）KNO3溶液中的植物细胞质壁分离后会自动复原
㈢ 实验二 达西渗流实验
一、实验目的
1. 通过稳定流渗流实验，进一步理解渗流基本定律———达西定律。
2. 加深理解渗透流速、水力梯度、渗透系数之间的关系，并熟悉实验室测定渗透系数的方法。
二、实验内容
1. 了解达西实验装置与原理。
2. 测定 3 种砂砾石试样的渗透系数。
3. 设计性实验: 横卧变径式达西渗流实验。
三、达西仪实验原理
达西公式的表达式如下:
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式中: Q 为渗透流量; K 为渗透系数; A 为过水断面面积; ΔH 为上、下游过水断面的水头差; L 为渗透途径; I 为水力梯度。
式中各项水力要素可以在实验中直接测量，利用达西定律即可求取试样的渗透系数 (K) 。
四、实验仪器和用品
1. 达西仪 (见图Ⅰ2-1) 。
2. 试样: ①砾石 (粒径为 5 ～ 10 mm) ; ②粗砂 (粒径为 0. 6 ～ 0. 9 mm) ; ③砂砾混合 (试样①与试样②的混合样) 。
3. 秒表。
4. 量筒 (100 mL，500 mL 各 1 个) 。
5. 计算器。
6. 水温计。
图Ⅰ2-1 达西仪装置图
五、实验步骤
1.测量仪器的几何参数(实验教员准备)。分别测量过水断面的面积(A)，测压管a、b、c的间距或渗透途径(L)，记入表格“实验二达西渗流实验记录表”中。
2.调试仪器。打开进水开关，待水缓慢充满整个试样筒，且出水管有水流出后，慢慢拧动进水开关，调节进水量，使a、c两测压管读数之差最大;同时注意打开排气口，排尽试样中的气泡，使测压管a、b的水头差与测压管b、c的水头差相等(实验教员准备，学生检查)。
3.测定水头。待a、b、c三个测压管的水位稳定后，读出a、c两个测压管的水头值(分别记为Ha和Hc)，记入实验记录表中。
4.测定流量。在进行步骤3的同时，利用秒表和量筒测量t时间内出水管流出的水体积，及时计算流量(Q)。连测两次，使流量的相对误差小于5% ，取平均值记入实验记录表。
5.由大到小调节进水量，改变a、b、c三个测压管的读数，重复步骤3～4。
6.重复第5步骤2～4次，即完成3～5次试验，取得某种试样3～5组数据。
7.换一种试样，选择另外一台仪器重复上述步骤3～6进行实验，将结果记入实验记录表中。
8.按记录表计算实验数据，并抄录其他实验小组不同试样的实验数据(有条件的，可用3种试样做实验)。
9.实验中应注意的问题。
1)实验过程中要及时排除气泡。
2)为使渗透流速-水力梯度(v-I)曲线的测点分布均匀，流量(或水头差)的变化要控制合适。
六、实验成果
1.提交实验报告表，即达西渗流实验记录表。
2.在同一坐标系内绘出3种试样的v-I曲线(实验二用纸)，并分别用这些曲线求出渗透系数(K)，与根据实验记录表中的实验数据计算结果进行对比。
七、思考题(任选2题回答)
1)为什么要在测压管水位稳定后测定流量?
2)讨论3种试样的v-I曲线是否符合达西定律?试分析其原因。
3)将达西仪平放或斜放进行实验时，结果是否相同?为什么?
4)比较不同试样的K值，分析影响渗透系数(K)的因素。
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实验二 达西渗流实验记录表
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实验一用纸
实验二用纸
附 设计性实验
横卧变径式达西渗流实验
一、实验目的
1. 测定稳定流、变过水断面条件下砂性土的渗透系数。
2. 通过实验加深对稳定流条件下达西定律的理解，加深理解渗透流速、过水断面、水力梯度和渗透系数之间的关系。
二、设计性实验内容 (供参考)
1. 将两个砂样柱装同一种砂样，求取砂样的渗透系数。
2. 将两个砂样柱分别装两种砂样，求取两种砂样的渗透系数。
三、实验仪器与用品
1. 横卧变径式达西渗流仪 (图Ⅰ2-2) 。
2. 不同粒径的砂样。
图Ⅰ2-2 横卧变径式达西渗流仪装置图
四、横卧变径式达西渗流仪简介
本仪器主体结构包括横卧变径式有机玻璃试样柱两个，可升降的供水装置以及测压板。每一个试样柱上设有两个测压点与测压板相连，可以测定试样土层对应点的测压水头，了解同一砂样柱或不同砂样柱的水力梯度变化特征。仪器通过升降装置可调节供水装置 (稳定供水箱) 水位，通过进水开关控制流量大小。
五、设计实验要求
1. 查阅相关文献，实验前详细地写出一种砂性土渗透系数测量的实验方案。
2. 根据实验方案设计实验记录表格，要求表达直观，内容齐全，有利于计算分析。
3. 根据设计方案自己动手装样与实验，实验中详细记录实验步骤、数据和现象。
4. 对实验数据、计算结果和观察到的现象进行必要的讨论，并撰写实验报告。报告内容包括: 实验目的、实验原理、实验内容、实验步骤、实验注意事项、实验成果。
㈣ 实验二 达西渗透实验
1.实验目的
1)通过稳定流条件下的渗透实验，进一步加深理解线性渗透定律———达西定律。
2)加深理解渗透流速(v)、水力坡度(I)、渗透系数(K)之间的关系，并熟悉实验室测定渗透系数(K)的方法。
2.实验内容
1)了解达西渗透实验装置(图B-2、图B-3)。
2)验证达西渗透定律。
3)测定不同试样的渗透系数。
3.实验原理
在岩石空隙中，由于水头差的作用，水将沿着岩石的空隙运动。由于空隙的大小不同，水在其中运动的规律也不相同。实践证明，在自然界绝大多数情况下，地下水在岩石空隙中的运动服从线性渗透定律:
图B-2 达西仪装置图(底部进水)
水文地质学概论
式中:Q为渗透流量，m3/d或cm3/s;K为渗透系数，m/d或cm/s;ω为过水断面面积，m2或cm2;Δh为上、下游过水断面的水头差，m或cm;L为渗透途径的长度，m或cm;I为水力坡度(或称水力梯度)， ;v为渗透流速，m/d或cm/s。
利用该实验可验证达西线性渗透定律:Q=KωI或v=KI。其主要内容为:流量(Q)(或v)与水力坡度(I)的一次方成正比。在实验时多次调整水力坡度(改变水头)，看其流量(Q)(或v)的变化是否与水力坡度一次方成正比关系。
实验时，可直接测定流量(Q)、过水断面面积(ω)和水力坡度(I)，从而可求出渗透系数(K)值
室内测定渗透系数，主要采用达西仪。其实验方法有两种:①达西仪由底部供水，出水口在上部(图B-2)。实验过程中，低水头固定，调节高水头;②达西仪是由顶部供水，水流经砂柱，由下端流出(图B-3)。实验过程中，高水头固定，调节低水头，即调节排水口的高低位置。由底部供水的优点是容易排出试样中的气泡，缺点是试样易被冲动。由顶部供水的优缺点与前一种正好相反。本实训以顶部供水的达西仪为例进行介绍。
4.实验仪器及用品
1)达西仪(图B-3)。
2)量筒(500mL)1个。
3)秒表。
图B-3 达西仪装置图(顶部进水)(编号说明见图B-2)
4)捣棒。
5)试样:①砾石(粒径5～10mm);②砂(粒径0.6～0.9mm);③砂砾混合(①与②混合)样。
5.实验步骤
(1)实验前的准备工作
1)测量:分别测量金属圆筒的内径(d)，根据 计算出过水断面面积(ω)和各测压管的间距或渗透途径(L)，将所得ω、L数据填入表B-2中。
2)装样:先在金属圆筒底部金属网上装2～3cm厚的小砂石(防止细粒试样被水冲走)，再将欲实验的试样分层装入金属圆筒中，每层3～6cm厚，捣实，使其尽量接近天然状态的结构，然后自上而下进行注水(排水管2和水源5连接)，使砂逐渐饱和，但水不能超出试样层面，待饱和后，停止注水。如此继续分层装入试样并饱和，直至试样高出上测压管孔3～4cm为止，在试样上再装厚3～4cm小砾石作缓冲层，防止冲动试样。
3)调试仪器:在每次试验前，先给试样注水，使试样全部饱水(此时溢水管7有水流出)待渗流稳定后，停止注水。然后检查3个测压管中水面与金属圆筒溢水面是否保持水平，如水平，说明管内无气泡，可做实验。如不水平，说明管内有气泡，需排出。排气泡的方法是用吸耳球对准水头偏高的测压管缓慢吸水，使管内气泡和水流一起排出。用该方法使3个测压管中水面水平，此时仪器方可进行实验。
以上工作也可由实验室教师在实验课前完成。
(2)正式进行实验
1)测定水头:把水源5与排水管2分开，将排水管2放在一定高度上，打开水源5使金属圆管内产生水头差，水在试验中从上往下渗透，并经排水口流出，此时溢水管7要有水溢出(保持常水头)。当3个测压管水头稳定后，测得各测压管的水头，并计算出相邻两测压管水头差，填入表B-2中。
2)测定流量:在进行上述步骤的同时，利用秒表和量筒测量时间(t)内排水管流出的水体积，及时计算流量(Q)。连续两次，使流量的相对误差小于5%(相对误差(δ)= ，Q1、Q2分别为两次实验流量值，取平均值填入表B-2中。
表B-2 达西渗流实验报告表
3)按由高到低或由低到高的顺序，依次调节排水管口的高度位置，改变Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3个测压管的水头管读数。重复步骤1和2，做2～4次，即完成3～5次实验，取得3～5组实验数据。
实验过程中注意:①实验过程中要及时排除气泡，并保持常水头;②为准确绘制v-I曲线，要求测点分布均匀，即流量(水头差)的变化要控制适度。
(3)资料整理
依据以上实验数据，按达西公式计算出渗透系数值，并求出其平均值，填入表B-2中。
6.实验成果
1)提交实验报告(表B-2)。
2)抄录其他小组另外两种不同试样的实验数据(有时间时，可自己动手做)。在同一坐标系内，以v(渗透流速)为纵坐标，I(水力坡度)为横坐标，绘出3种试样的v-I曲线，验证达西定律。
复习思考题
1.当试样中水未流动时，3个测压管的水头与溢水口水面保持在同一高度，为什么?
2.为什么要在测压管水头稳定后再测定流量?
3.三种试样的v-I曲线是否符合达西定律?试分析其原因。
4.比较不同试样的渗透系数(K)值，分析影响K值的因素?
5.在实验过程中为什么要保持常水头?
6.将达西仪平放或斜放进行实验时，其实验结果是否相同?为什么?
㈤ 实验Ⅰ 不稳定渗流实验
一、实验目的
通过不稳定流条件下的渗流实验，加深对Darcy定律的理解。
二、实验装置
如图Ⅰ-1所示，圆管A下段装有待测定的砂样，底端为铜丝网，砂样表层铺放薄层细砾。实验开始时，圆管上部装满水，水便通过砂样渗流，圆管上部水位则逐渐下降。
圆管下端放在盛水器皿B中，通过砂样渗流到器皿中的水会自动溢出，以固定渗流段下游水位。排水容器E通过排水管随时排走盛水器皿溢出的水。
图Ⅰ-1 实验装置图
图Ⅰ-2 t-lg H直线
三、实验原理
1.2.1节中“不稳定Darcy实验”已证明，图Ⅰ-1所示的装置中水头H与时间t呈半对数关系（1.23）式，即
地下水动力学（第五版）
式中：t为时间；H0为实验的初始水头（即当t＝0时的水头）；H为对应不同时间t的水头；l为试样长度；K为渗透系数。
因此，实验过程中，可测定对应不同时间的水头值，作t-lg H直线关系（图Ⅰ-2），利用该直线的斜率m求渗透系数K。
四、实验步骤
（1）熟悉仪器结构以及秒表操作方法与读数。进行实验分工，建议一人观察水头变化，一人看秒表，一人记录。
（2）将盛水器皿充满水，并将渗透管的下端放入盛水器皿B的水面之下约1cm。
（3）对试样充水，使其自由渗透2～3次，以饱和砂土，排除空气。
（4）记下初始水头H0，对透明管充水到渗透管零点上方。待水位下降至零刻度，开动秒表记时。
（5）水位下降到预先设计的降深值（如2，4，6，8，…，20cm）时，记录对应的时间（表Ⅰ-1）。
（6）重复实验步骤（4）和步骤（5）1～2次，进行核对。
（7）改变渗透管下端没入盛水器皿的深度（离器皿底部约1cm）进行同样实验，记录读数。
（8）与不同砂样的小组交换仪器，重复上述步骤（4）～步骤（7）的实验，做好记录。
表Ⅰ-1 实验Ⅰ数据记录
注：长度单位为cm，时间单位为s。
五、实验成果
1.提交实验数据记录（表Ⅰ-1）。
2.数据处理
（1）绘制两种砂样的t-lg H曲线。
（2）计算渗透系数K（表Ⅰ-2）。
表Ⅰ-2 实验Ⅰ渗透系数计算简表
3.问题讨论
（1）达西定律的应用条件是什么？
（2）渗透管出口端放在盛水器皿不同深度时，渗透速度有何变化？为什么（对比实验资料说明）？
（3）本实验中，测定水位H的基准面在何处？
六、试验性实验设计
㈥ 如图为研究渗透作用的实验装置，请回答下列问题：（1）漏斗内溶液（S1）和漏斗外溶液（S2）为两种不同浓
（1）分析题图的渗透装置可知，一段时间后，漏斗内的液面上升，说明水分从烧杯进入漏斗，因此漏斗内溶液（S1）的浓度大于漏斗外溶液（S2）的浓度．
（2）成熟的植物细胞的原生质层相当于渗透装置中的半透膜；二者的不同在于原生质层的选择透过性具有生物活性，半透膜无生物活性．
（3）①由于蔗糖分大，不能穿过半透膜，因此装置X出现液面差；K+和NO3-小，可以穿过半透膜，因此Y装置不会出现液面差．
②由于0.3g/mL的蔗糖溶液和等渗的KNO3溶液都大于细胞液的浓度，细胞通过渗透作用失水，因此都会发生质壁分离现象．
（4）由于原生质层能主动吸收K+和NO3-，使细胞液浓度增加，当细胞液浓度大于外界溶液浓度时，细胞会通过渗透作用吸水，因此发生质壁分离复原的现象；最能体现两种膜功能差异的实验现象是KNO3溶液中的细胞质壁分离后会自动复原．
（5）洋葱在高中生物实验中可以作为多个实验的实验材料，如洋葱根尖--观察植物细胞的有丝分裂，洋葱根尖--低温诱导染色体数目的变化；洋葱鳞片叶内表皮--观察DNA和RNA在细胞中的分布；洋葱绿色（管状）叶--叶绿体中色素的提取和分离（或观察叶绿体）；白色洋葱--检测生物组织中的还原糖（或DNA的粗提取与鉴定）；紫色洋葱鳞片叶外表皮--观察质壁分离和复原等．
故答案应为：
（1）S1＞S2
（2）原生质层原生质层能主动转运有关物质而半透膜不能（或原生质具有选择透过性）
（3）①X②（发生）质壁分离
（4）KNO3溶液中的细胞质壁分离后会自动复原
（5）洋葱根尖--低温诱导染色体数目的变化 洋葱鳞片叶内表皮--观察DNA和RNA在细胞中的分布
㈦ 某同学制作了如图1所示的渗透作用装置
水从水浓度高的地方向水浓度低的地方运输，烧杯中为蒸馏水，漏斗中为蔗糖溶液，因版此最开始时，水分子进权入漏斗的量大于流出的量，当进入漏斗中的水和流出的水一样多时，达到动态平衡时，液面几乎不动，故长颈漏斗内部液面的变化趋势是先升高后维持在一定数值．
故选：B．
㈧ 某同学设计了如图Ⅰ所示的渗透作用实验装置，实验开始时长颈漏斗内外液面平齐，记为零液面．实验开始后，
A、OA段液面不段上升的直接原因是相同时间内从漏斗进入烧杯中的水少专于从烧杯进入漏斗内的水属的量，A错误；
B、AB段液面不再上升的直接原因是相同时间内从漏斗进入烧杯中的水与从烧杯进入漏斗内的水的量相同，B错误；
C、OA段液面不段上升的直接原因是相同时间内从烧杯进入漏斗内的水的量多于于从漏斗进入烧杯中的水，C错误；
D、AB段液面不再上升的直接原因是相同时间内从漏斗进入烧杯中的水与从烧杯进入漏斗内的水的量相同，D正确．
故选：D
㈨ 实验Ⅱ 渗流槽剖面二维流实验
一、实验目的
1.观察有入渗补给条件下潜水二维稳定流的渗流现象及特征。
2.求降雨入渗强度W值，并和实测值进行比较。
3.求含水层的渗透系数K值。
二、实验装置
图Ⅱ-1为二维渗流砂槽示意图，其长为380cm，宽50cm，槽内装有均匀的砂，顶部设有模拟降雨装置，由转子流量计（M）测定总降雨量。
砂槽的两端装有活动的溢水装置，分别用来稳定河A和河B的水位，升、降可以控制两侧水位的高低，并通过进水阀门K控制供水水源。
图Ⅱ-1 二维渗流实验装置示意图
槽底和后壁面沿流向按一定间距设有多组测压管（水平方向共24组，编号依次是A，B，C，…，W，X；每组铅直断面6个测点，编号依次为1，2，3，4，5，6）。用软管连接测压管孔和测压管板，可以测定渗流场中144个点的测压水头。
三、实验步骤
（1）领取量筒和秒表。
（2）检查并排除测压管内可能存在的气泡。
（3）观察有入渗补给、两河水位相等（HA＝HB）条件下，河间地块分水岭的位置及潜水面的形状。
（4）测定向河流的排泄量（用体积法），以求得W值。
（5）由转子流量计（M）读降雨量QM。
（6）升降溢水装置A或B，使HA>HB（高差不要太大），观察测压管水位变化及分水岭移动情况，待稳定后记录各测压管读数。
（7）重复步骤（4）和步骤（5）。
四、实验成果
1.实验数据记录
含水层宽度B＝ cm，长度L＝ cm，面积A＝ cm2，底板高程Z0＝ cm。其他数据记入表Ⅱ-1，表Ⅱ-2，表Ⅱ-3。
2.数据计算（选择合适的公式和数据进行计算，结果填入表Ⅱ-4）。
表Ⅱ-1 实验Ⅱ综合数据记录表
表Ⅱ-2 实验Ⅱ测压水头记录表（HA>HB）
续表
表Ⅱ-3 实验Ⅱ测压水头记录表（HA＝HB）
注：表头为测压管编号，括号内数据表示测点到坐标零点的距离；x以A河右壁为零点，Z以含水层底板为零点。
表Ⅱ-4 实验Ⅱ数据计算成果表
3.在方格纸上绘制实测潜水面、计算潜水面以及剖面流网。
4.问题讨论
（1）同一铅直面上，各测压管水头是否相等？试用流网分析为什么？
（2）分析计算的W值的误差来源？
（3）进行步骤（6）时，假如使两侧河流水位高差很大时，渗流可能出现什么现象？
（4）实验装置中A，B，…，W，X共24根测压管沿流向布置；1～6的6根沿铅直方向布置，表Ⅱ-2，表Ⅱ-3所记录的测压管读数中，哪一排读数的连线最接近潜水面？
（5）试分析计算的分水岭位置a和观测的分水岭位置a数值不一致的原因。
（6）在以上计算中，选哪些断面、哪些测压管的数据，计算结果最符合实际？
五、试验性实验设计参考
（1）分段降雨条件下的剖面二维渗流实验。调节降雨进水阀，形成分段降雨稳定入渗条件，观察两河水位相等条件下，河间地块分水岭位置、潜水面形状、水头分布及流网特征等。
（2）河岸出渗面及地表径流的观测。调节降雨进水阀逐渐加大或减小降雨强度，观察不同降雨条件下地表产流情况及河岸出渗面现象。