某渗流实验装置如图所示砂

Ⅰ 如图所示，为“探究加速度与力、质量的关系”实验装置图，设小车和砝码质量为M，砂和砂桶质量为m（1）下

（1）A、改变小车质量时，根据mgsinθ=μmgcosθ知，m可以约去，不需要重新平衡摩擦力．故A错误；
B、平衡摩擦力时，不能将装砂的小桶用细绳通过定滑轮系在小车上．故B错误；
C、实验中只有砂和砂桶质量应远小于小车和砝码总质量时，才能认为砂和砂桶的重力等于小车的合力，故C正确；
D、为了探究加速度与质量的关系，应保持F不变，为了直观地判断加速度a与质量m的数量关系，应作a-

1

m

图象．故D正确．
故选：CD．
（2）若没有平衡摩擦力，则当F≠0时，a=0．也就是说当绳子上有拉力时小车的加速度还为0，所以可能是图中的图线C．
故答案为：（1）CD；（2）C．

Ⅱ 达西渗流定律的达西定律

达西在1856年通过了大量的实验研究，总结得出渗流能量损失与渗流速度之间的关系，即达西定律。
达西定律：
达西实验装置如图所示。圆筒横断面积为A，其中充填均匀的砂粒，砂层厚度为l，由金属网支托。水由稳压水箱经水管A流入圆筒中，再经砂层渗滤后由出水管B流出。其流量由量筒C量测，在砂层上下两端装测压管以量测渗流的水头损失。由于渗流流速极小，所以流速水头可以忽略不计，总水头可用测压管水头来表示，水力坡度可以用测压管坡度来表示：

达西分析了大量实验资料，得到圆筒内的渗流量Q与圆筒横断面积A和水力坡度J成正比，并和砂层的透水性能有关。达西建立的基本关系为：Q=kAJ,也可以写成V=Q/A=kJ，式中 k为渗流系数，反映了土壤的透水性能。
实验发现，随着雷诺数Re的增加，多孔介质（砂层）中的流动状态经历三个区域：①线性层流区：粘性力占优势，达西定律成立，上限约在Re=10左右；②非线性层流区(过渡区)：为主要被惯性力制约的层流，达西定律不成立，上限约在Re=100左右，在上限附近开始有层流到湍流的过渡；③湍流区：惯性力占优势，达西定律不成立。由此可见，从上限雷诺数方面偏离达西定律与层流到湍流的过渡不是完全等价的。
在渗流速度很低时，流体与介质间的表面分子力作用显得更为重要。部分液体的滞流现象使孔隙度发生变化，从而引起渗透率的相应变化。实验表明，这时孔隙度和渗透率均随渗流速度的增加而增加，速度到某一临界值后不再变化，因此不遵循达西定律。
在雷诺数大于上限Re数的情况下，应该用“渗流的二项式定律”代替达西定律，即
，
式中A、B为决定于流体和介质性质的常数。
在雷诺数小于下限Re数情况下，非线性渗流定律的一般形式可写为：
式中f(J)为小雷诺数情况下渗透率随水力坡度的变化函数关系，由实验确定。
以上主要是单相流体达西渗流定律；对于多相流体，达西定律对每一相仍然成立，只需将渗透率修正为该相的相渗透率即可。

Ⅲ Ⅰ、图1为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图．砂和砂桶的总质量为m，小车和砝码的总质量为M．实验中

I．（1）将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂沙和沙桶的情况下使小车恰好做匀速运动，以使小车的重力沿斜面分力和摩擦力抵消，那么小车的合力就是绳子的拉力．要判断是否是匀速运动，我们可以从打出的纸带相邻的点的间距来判断小车是否做匀速运动，故选B．
（2）当m＜＜M时，即当沙和沙桶的总重力要远小于小车的重力，绳子的拉力近似等于沙和沙桶的总重力．故选C．
（3）相邻的两个计数点之间还有四个点未画出，相邻的计数点时间间隔为0.1s
利用匀变速直线运动的推论△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由于滑动变阻器的分压作用，使开始实验时小灯泡两端电压为0，应使滑动变阻器的滑片靠近变阻器左端的接线柱．
②描绘小灯泡灯丝的伏安特性曲线，必须测量多组数据，即增加小灯泡两端的电压，记录电流表和电压表的多组读数，直至电压达到额定电压
（2）如图所示

故答案为：Ⅰ．（1）B（2）C（3）0.42
Ⅱ．（1）①使它靠近变阻器左端的接线柱
②增加小灯泡两端的电压，记录电流表和电压表的多组读数，直至电压达到额定电压
（2）如图所示

Ⅳ 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H_a和H_c)，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。

Ⅳ 小英设计了一个实验，验证水的内部压强和水深的关系，所用的装置如图所示，增加细管内的砂粒可以改变细管

根据压强的公式，P=

F

S

，F_浮=G=F，利用阿基米德原理可表示出浮力的大小专，F_浮=ρ_水gV_排，要得浮属力，就必须测出V_排，V_排=Sh，所以要使用刻度尺测细管的直径d和浸入水中的深度H；这样求出浮力，也就得出压力大小，然后就表示出了压强大小，进而得出结论．
故答案为：
（1）需要用的测量工具是直尺；需测量细管的直径D和细管沉入水中的深度H₁，H₂．
（2）实验步骤：①测出细管的直径D；②在细管中加入少量砂粒，将细管放入盛有水的容器中，平衡后用直尺测出细管沉入水中的深度H₁；③增加细管中的砂粒，再将细管放入盛有水的容器中，平衡后用直尺测出细管沉入水中的深度H₂．
（3）导出计算压强的公式．平衡时，细管（含砂粒）所受重力G_管与所受浮力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）同样可证p₂=H₂ρ_水g；所以

p2

p1

＝

H2

H1

，说明水的内部压强与水深是成正比的．

Ⅵ 某探究学习小组在“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图1所示．（1）除桌面上的实验器

（1）本试验中要通过纸带求解加速度，所以需要刻度尺测量长度，要研究质量与加速度的关系，需要测量小车质量，所以需要天平．
（2）A、平衡摩擦力时，应将长木板不带定滑轮的一端适当垫高，故A错误；
B、平衡摩擦力时，应将绳从小车上拿去，轻轻推动小车，是小车沿木板运动，通过打点计时器打出来的纸带判断小车是否匀速运动．故B错误．
C、每次改变小车的质量时，小车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正确．
D、实验时，应先放开小车，再接通打点计时器电源，由于小车运动较快，可能会使打出来的点很少，不利于数据的采集和处理．故D错误．
故选C
（3）从上图中发现直线没过原点，当F≠0时，a=0．也就是说当绳子上有拉力时小车的加速度还为0，说明小车的摩擦力与绳子的拉力抵消呢．该组同学实验操作中遗漏了平衡摩擦力或平衡摩擦力不足这个步骤．
（4）随着F的增大，即砂和砂桶质量的增大，不在满足砂和砂桶远小于小车的质量，因此曲线上部出现弯曲现象，故C正确．
故选C
故答案为：（1）天平刻度尺．（2）C
（3）没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不够
（4）C

Ⅶ 1．如图所示，是某次利用气垫导轨探究加速度与力、质量关系的实验装置安装完毕后的示意图，图中A为砂桶，B

1. B、C间的连线应与纸带平行。
2. 电火花打点计时器应用220V电压图中6V错。
3. 开始时纸带连C滑块端应与打点计时器E靠近但不想接触。

Ⅷ “探究加速度与力和质量的关系”实验装置如图1所示．（1）为减小实验误差，砂桶总质量应该______小车总质

（1）对整体分析，根据牛顿第二定律得，a=

mg

m+M

，
则绳子的拉力F=Ma=

mg

1+ m M

，当M＞＞m时，F=mg．即为减小实验误差，砂桶总质量应该远小于小车总质量．
（2）为了消除小车与水平木板之间摩擦力的影响应采取做法是，将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动，以使小车的重力沿斜面分力和摩擦力抵消，所以应将右端适当垫高；
（3）每5个点取一个计数点，所以相邻的计数点间的时间间隔T=0.1s，
利用匀变速直线运动的推论得出：
v_E=

0.016+0.018

2×0.1

=0.17m/s．
根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT²可以求出加速度的大小，
得：小车的加速度为a=

0.012?0.010

0.01

=0.2m/s²．
（4）为了更直观地反映物体的加速度a与物体质量m的关系，为了直观判断二者间的关系，应作出直线图形．探究加速度与质量的关系时，为了直观判断二者间的关系，应作出a-

1

m

图象．
故答案为：（1）远小于；（2）右端；（3）0.17、0.2；（4）a-

1

m

Ⅸ 如图所示的实验装置可以验证牛顿第二定律，小车上固定一个盒子，盒子内盛有砂子．砂桶的总质量（包括桶以

（来1）将车内的沙子转移到桶中，自就保证了M+m不变，即系统的总质量不变，研究对象是整个系统，a=

F

M+m

＝

mg

M+m

，
可见a-F图象斜率的物理意义是

1

M+m

，即系统的总质量倒数（小车、盒子及盒内沙子、悬挂的桶以及桶内沙子质量之和倒数）
（2）因为实验的研究对象是整个系统，系统受到的合外力就等于mg，当作合外力F是合理的．
故答案为：（1）

1

M+m

（2）合理

Ⅹ 有一个同学经过思考，认为验证牛顿第二定律的实验装置（如图所示）也可以用来验证动能定理．其实验过程为

（1）从计数点A到计数点E，小桶和砂的重力所做的功W=mgh=0.11×9.8×（1.40-0.20）=1.294J
图中各点为每10个打点内选出的计数点容（两计数点间还有9个打点未标出），所以相邻的计数点的时间间隔是0.2s．
匀变速直线运动中，时间中点的瞬时速度等于该过程中的平均速度，因此有：
vA=
x0B
t0B
=2.2m/s
vE=
xDF
tDF
=3.8m/s
小车动能的增量△Ek=1/2mv
2E-1/2mv
2A=1.08J
（2）实验结果W和△Ek在误差允许范围内总是不相等，你认为主要原因是：小车受到的拉力不等于小桶和砂的重力
故答案为：（1）1.294； 1.08
（2）小车受到的拉力不等于小桶和砂的重力