右图是小金设计的试验装置

Ⅰ 试验设计

（一）试验配水

试验配水主要模拟排污河水质。考虑到排污河水主要由生活污水和工业废水组成，除常规污染组分外，一般重金属和有机污染物比较常见，所以试验配水选择了两种有代表性的重金属：不易迁移的铅和容易迁移的铬，有机物选择了苯系物和四氯乙烯。具体的配水方案如下：取中国地质大学（北京）生活污水预沉淀1d后，加入硝酸铅、重铬酸钾、汽油和四氯乙烯，搅拌均匀，静置1d后使用。为了使试验效果更加显著，试验配水中铅和铬的浓度均采用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后停止加入，主要是考虑大剂量的四氯乙烯污染会对地下水有影响。

作者曾在试验正式开始之前就用试验配水做过初步的研究试验，目的是了解加入的重金属和有机物之间，以及它们跟生活污水中的污染组分之间会发生哪些反应。

1.重金属+生活污水+有机物

试验配制了七种不同的水样，它们分别是样1：Pb标准液（10mg/L）；样2：生活污水；样3：Pb标准液（10mg/L）+污水；样4：Pb标准液（10mg/L）+污水+Cr（10mg/L）；样5：Pb（10mg/L）+污水+有机物（5mg/L）；样6：Pb（10mg/L）+污水+有机物（5mg/L）+Cr（10mg/L）；样7：Pb（10mg/L）+污水+有机物（5mg/L）+Cr（10mg/L）。

从表2-1可以看出，样2中Pb基本稳定，不与污水发生反应；通过样3和样4的对比可以看出，Pb与Cr发生反应生成铬酸铅沉淀，故Pb和Cr的浓度均降低很多；样5和样3比较，Pb的浓度基本没有变化，说明Pb与有机物不发生反应，有机物的加入使COD浓度大大提高；样6和样7是两个平行样，它们与样5比较的结果同样显示了Pb与Cr之间的反应。

表2-1 配水试验反应结果表 单位：mg/L

2.500mL重铬酸钾溶液（5mg/L）+1mL汽油

从表2-2可以看出，Cr⁶⁺的浓度在放置5d后减小了0.16mg/L，说明重铬酸钾与汽油会发生一定的氧化还原反应，只是由于反应时间短，效果不是十分明显。

表2-2 重铬酸钾与汽油的反应结果表 单位：μg/L

3.500mL重铬酸钾溶液（5mg/L）+40μL四氯乙烯

由于四氯乙烯难溶于水，所以先将其溶于10mL甲醇中，再和重铬酸钾溶液混合反应。从表2-3可以看出，重铬酸钾与甲醇发生了氧化还原反应，在放置48d之后Cr⁶⁺的浓度降低了2.33mg/L，而在重铬酸钾+甲醇+四氯乙烯的反应中，Cr⁶⁺的浓度变化基本同重铬酸钾与甲醇的反应，说明重铬酸钾不和四氯乙烯发生反应。

表2-3 重铬酸钾与四氯乙烯反应时Cr⁶⁺浓度变化表 单位：mg/L

（二）试验装置

整个试验装置由土柱、配水系统和监测系统三部分组成（图2-1）。

图2-1 试验装置图（单位：cm）

土柱 为土柱试验的主体部分。由内径为0.15m的3根有机玻璃柱组成，柱高1.5m。柱体下部为0.15m的承托层，由粗的石英砂组成；中部为1.2m的土柱试验段；试验段以上为0.10m的试验用水，由溢流口控制为定水头。考虑接近野外土体实际情况，土柱侧壁用泊纸遮盖，以起到避光作用。

配水系统 由配水箱、水泵和高位供水箱组成。配水箱容积为75L，可保证土柱试验3～7d的用水量。将试验配水由水泵送到高位供水箱，同时向三个土柱供水，采用定水头连续供水。

监测系统 定水头供水由溢流口控制，多余的进水送到配水箱中循环使用。在进水口取样，监测各特征组分的进水浓度。在土柱实体部分0.2m、0.4m、0.6m、0.8m、1.0m及1.2m深度处分别设有饱水取样口，在试验运行初期，可以定期监测不同深度处各特征污染组分的浓度变化情况。另外，在土体0.1m、0.5m和0.9m深度处分别设有测压管，用来监测污水下渗的水动力学特征。当土柱逐渐被污染物堵塞，变成非饱水状态时，关闭饱水取样口，在土体0.2m、0.4m、0.6m、0.8m、1.0m处和饱水取样口垂直的位置设有非饱水取样口（陶土头），外接真空泵抽气取样。

（三）有关参数的测定

试验所选用的三种砂土均为天然砂土，取自北京丰台的不同地段。三种砂土分别为：柱1为粗砂，柱2和柱3均为中砂。

1.砂土筛分及颗粒级配的确定

砂土筛分及颗粒级配情况见表2-4和图2-2。

表2-4 砂土粒度分析结果表

图2-2 三种砂土筛分曲线

2.试验砂土参数测定

测定的砂土参数见表2-5。

表2-5 土的物理性质指标

Ⅱ 设计性物理实验气垫导轨测重力加速度

【试验目的】：

1．研究测重力加速度的方法；

2．测量本地区的重力加速度。

【实验原理】：

当气轨水平放置时，自由漂浮的滑块所受的合外力为零，因此，滑块在气轨上可以静止，或以一定的速度作匀速直线运动。在滑块上装一与滑块运动方向严格平行、宽度为 的挡光板，当滑块经过设在某位置上的光电门时，挡光板将遮住照在光敏管上的光束，因为挡光板宽度一定，遮光时间的长短与滑块通过光电门的速度成反比，测出挡光板的宽度 和遮光时间 ，则滑块通过光电门的平均速度为：

若 很小，则在 范围内滑块的速度变化也很小，故可以把平均速度看成是滑块经过光电门的瞬时速度。 越小，则平均速度越准确地反映该位置上滑块的瞬时速度，显然，如果滑块作匀速直线运动，则滑块通过设在气轨任何位置的光电门时瞬时速度都相等，毫秒计上显示的时间相同，在此情形下，滑块速度的测量值与 的大小无关。

若滑块在水平方向受一恒力作用，滑块将作匀加速直线运动，分别测出滑块通过相距S的2个光电门的始末速度 和 ，则滑块的加速度：

g=asina.

【待测物理量】：

V〈物体运动速度〉、a〈物体运动加速度〉、g〈本地区的加速度〉、 、 、 〈物体在两光电门之间的运动时间〉．

【实验仪器及其使用介绍】：

气垫导轨、数字毫秒计、滑块、游标卡尺、垫块。

一、气垫导轨

气垫导轨是一种现代化的力学实验仪器。实物如右图所示：

它利用小型气源将压缩空气送入导轨内腔。空气再由导轨表面上的小孔中喷出，在导轨表面与滑行器内表面之间形成很薄的气垫层。滑行器就浮在气垫层上，与轨面脱离接触，因而能在轨面上做近似无阻力的直线运动，极大地 减小了以往在力学实验中由于摩擦力引起的误差。使实验结果接近理论值。配用数字计时器或高压电火花计时器记录滑行器在气轨上运动的时间，可以对多种力学物理量进行测定，对力学定律进行验证。

1、导轨

导轨是用三角形铝合金材料制成。可以调整其平直度，常把它用螺丝固定在工字钢上，导轨长1.50~2.20 m，两侧面非常平整，并且均匀分布着许多很小的气孔。导轨一端封闭，上面装有定滑轮，另一端有进气嘴，通过皮管与气源相连。当压缩空气进入导轨后，从小气孔喷出，在导轨和滑块之间形成空气层，导轨和滑块两端都装有缓冲弹簧，使滑块可以往返运动。工字钢底部装有3个底脚螺丝，用来调节导轨水平，或将垫块放在导轨底脚螺丝下，以得到不同的斜度。

2、滑块

图2-13 滑块装置

滑块是在导轨上运动的物体，一般用角铝制成，内表面经过细磨，能与导轨的两侧面很好的吻合。当导轨中的压缩空气由小孔喷出时，垂直喷射到滑块表面，它们之间形成空气薄层，使滑块浮在导轨上（图2-13）。根据实验要求，滑块上可以安装挡光板、重物或砝码。滑块两端除可装缓冲弹簧外，也可装尼龙搭扣及轻弹簧。

3、光电转换装置

图2-14 光电转换装置

光电转换装置又称光电门，由聚光灯泡和光敏管组成（图2-14）。聚光灯泡的电源由数字毫秒计供给， 图2-14光电转换装置只要接通毫秒计电源开关，聚光灯泡即可点亮，发出的光束正好照在光敏管上，光敏管与数字毫秒计的控制电路连接。当光照被罩住时，光敏管电阻发生变化，从而产生一个电信号，触发毫秒计开始计时；当光照恢复或光照又一次被遮住（视数字毫秒计的工作状态而定），又产生一个电信号，使毫秒计停止计时。毫秒计显示出一次遮光或两次遮光之间的时间间隔。

4、注意事项

气轨是一种高精度实验装置，导轨表面和滑块内表面有较高的光洁度，且配合良好。因此，各组导轨和滑块只能配套使用，不得与其他组调换，实验中要严防敲碰、划伤导轨和滑块（特别是滑块不能掉在地上）；不得在未通气时就将滑块在导轨上滑动，以免擦伤表面；使用完毕，先将滑块取下再关气源；导轨和滑块表面有污物或灰尘时，可用棉纱沾酒精擦拭干净；导轨表面气孔很小，易被堵塞，影响滑块运动，通入压缩空气后要仔细检查，发现气孔堵塞，可用小于气孔直径的细钢丝轻轻捅通；实验完毕，应将轨面擦净，用防尘罩盖好。

二、数字毫秒计

数字毫秒计时器简称为数字毫秒计。

是一种能够准确测量横断时间间隔的及时毫秒计，测量的最短时间间隔可达到百万分之一秒（0.1ms）。实验室通常配用的是JSJ_3A型的数字毫秒计，它采用cmos集成电路，利用石英晶体稳定的震荡特性产生10kz电脉冲，即每秒钟内产生一万个脉冲，两个脉冲之间的间隔是一万分之一秒。我们把相邻脉冲的时间间隔称之为时基。振荡经分频后，除保留10kz脉冲外，还得到1kz电脉冲。由三者构成时基脉冲信号（即时基分别为0.1ms，1ms和10ms）。用这些脉冲在开始计数和停计数的时间间隔内推动计数器计数，即一个脉冲一个数。从停止到计这一段时间计数器的所记的数由显示窗口显示出来。由此得时间为数字窗显示的数值乘以时基。实物如右上图所示：

JSJ——3A数字毫秒计面板如右图所示，

其各建名称及其功能如下:

控制方式选择开关：该开关上标有“机控”·“光控”。机控是指用机械接触来控制开关的通与开，从而控制毫秒机的及时与停机；光控是指用光信号控制计时与停计。本实验用光控及时方法，即测量须将选择开关拔至光控一端。

计时方式选择开关：开关上标有“A”和“B”。选择开关置于A时，毫秒计的计时时间显示的时光照被遮挡时开始计时，遮挡结束时计时停计。当选择开关置于B时，毫秒级显示的是光敏管被两次遮挡的时间间隔，即迈着当任何一只光敏管时，计时开始，当任何一只光敏管被又一次遮挡时，及时停止。

清零方式选择开关：为了便于读出计时结果，根据测量的不同需要，毫秒计数字的时间可以长久保留，也可以短暂保留。当清零方式选择开关置于“手动”位置时，数字窗中显示的时间数字，只有在按动手动复位按钮放可消除。否则会长时间保留下去，并会累加到毫秒计以后的时间数字上。当该选择开关置于“手动”位置时，数字窗中显示的时间数字经过一定时间间隔后会自动回零。

延时按钮：当清零方式选择开关置于“手动”位置时，数字窗中显示的时间数字保留的时间长短由此按钮控制。旋转此钮时，显示时间的长短在0~3s间连续可调。

手动复位：当轻灵方式选择开关置于0.1s，1ms，10ms三种，由测量需要而选择适当档位。时基补通，对应显示数字所代表的时间长短不同，其仪器的最大误差也不同。例如，数字窗中显示数为2677，对于时基为0.1ms，时间为2677×0.1ms=267.7ms，为0.1ms;而对于时基为1ms，则时间为2667×1ms=2667ms，为1ms。

注意：在轨道没有充气的情况下，不要将滑块拿下或取下，更不要在导轨上滑动滑块！

Ⅲ 如图所示是一个设计“过山车”的试验装置的原理示意图，光滑斜面AB与竖直面内的圆形轨道在B点平滑连接，圆

（1）由题可知，在经过B点时，压力N=F（离心力）+G（重力），所版以有7mg=F+mg，F=6mg+mv2/r，所以VB=6gr开跟。
（2）假权设没有摩擦的话，在B点时，具有的动能为4mgr，由1可得，在B点的动能为1/2MV2，即3mgr，所以在斜道上，摩擦力做功为mgr，斜道长为4r/sin53°，所以斜道长为5r，摩擦力f就应满足f*5r=mgr。所以f/mg=1/5。
（3）由于在左右轨道的摩擦力相等，而且小车刚好可以做圆周运动，即满足过最高点的最低速度，最高点的最低速度Vmin满足mVmin2/r=mg，所以在最高点的机械能有重力势能+动能，即为2.5mgr，所以摩擦力这时做功0.5mgr，由于左右轨道摩擦力做功相等，所以第二次到达最低点时，机械能只剩下2mgr，并且全部以动能形式存在，所以V=4gr开跟。

Ⅳ 某生物兴趣小组为探究绿色植物的光合作用和呼吸作用，设计了如图实验装置，请分析作答：（1）若要探究光

（1）甲和乙构成对复照试验，变量是光制照，探究的是光照对光合作用的影响；甲和丙可构成一组对照试验，实验的变量是植物，可证明在有光条件下氧气是有绿色植物释放出来的．
（2）氧气有助燃的特性，甲装置试管中收集的气体可以使带火星的卫生香复燃，说明绿色植物的光合作用释放出氧气．
（3）分析表中的结果，得出的结论是：光照越强，光合作用越强（或光照越弱，光合作用越弱）．若要提高大棚作物的产量，可以采取的措施是适当增加光照强度．
（4）光合作用只能在光下才能进行，呼吸作用有光无光都能进行；呼吸作用吸入氧气呼出二氧化碳，而二氧化碳被氢氧化钠溶液吸收了．因此，利用丁装置研究绿色植物的呼吸作用时，为防止光合作用的干扰，应对该装置进行遮光处理，一段时间后，玻璃管中红墨水向右（或右方）移动．
（5）呼吸作用是细胞内的有机物在氧气的参与下被分解成二氧化碳和水，同时释放出能量的过程．呼吸作用的表达式是：有机物+氧气