① 達西定律相關信息
在土體孔隙中，地下水滲透時會遭遇滲透阻力，導致沿程能量消耗。為探究這一現象的規律，法國工程師達西在1856年經過深入的實驗研究，提出了著名的達西定律，描述了滲透能量損失與滲流速度之間的關聯。
圖1所示的達西滲透實驗裝置，包括一個直立圓筒①，其橫截面積為A，上端開口，兩側裝有間距為l的側壓管。圓筒底部上方設置了濾板②，填充了均勻的砂土。水從上端注入，多餘水流經溢水管③排出，保持筒內水位恆定。通過短水管④，水滲透過砂層，流入量杯⑤測量滲流量q。在Δt時間內，量杯中水體體積增量為△V，因此滲流量定義為q=△V /△t。同時，測量斷面1-1和2-2處的側壓管水頭值h1、h2，以及兩者之間的水頭損失Δh。
達西的研究結果顯示，滲流量q與圓筒橫截面積A成正比，與斷面間距l成反比，這可以用以下關系式表示：
q = k * A / i
其中，i = Δh / l，即水力梯度或水力坡降，k是滲透系數，定義為當水力梯度為1時的滲透速度，單位為cm/s。
式（1-1）和（1-2）概括了達西定律的核心內容，它構成了地下水滲透理論的基礎定律，對於理解和預測土壤中的水文過程至關重要。
② 如圖表示滲透作用裝置圖，其中半透膜為膀胱膜（允許單糖透過不允許二糖及多糖透過），裝置溶液A、B、a、b
根據題意，MA大於MB，且Ma和Mb均大於MA，這意味著溶液A與溶液B之間的濃度差相對較小，因此，圖1中漏斗內的水分進入量也會相對較少。由此可以推斷，平衡後，漏斗內的溶液濃度Ma會大於Mb，因此選項A是正確的。
進一步分析表明，兩個實驗中的漏斗液面起始高度一致，但由於圖1中的水分進入量較少，所以在平衡狀態下，圖1漏斗內的液面上升高度會小於圖2，因此選項B是錯誤的。
當系統達到平衡狀態時，膜兩側水分子的進出速度會相等，但由於漏斗與裝置的液面高度不同，導致膜兩側的溶液濃度不可能相等，這使得選項C也是錯誤的。
如果向a、b中加入等量的蔗糖酶，那麼漏斗內的蔗糖會被水解成單糖，這些單糖能夠透過半透膜進入膜外，而膜外的蔗糖則無法被水解。因此，漏斗內外的溶液濃度難以達到平衡，導致液面不會齊平，選項D同樣錯誤。
綜上所述，正確答案是A。
③ 如圖為研究滲透作用的實驗裝置，實驗所用半透膜為玻璃紙，請回答下列問題：（1）漏斗內溶液（S1）和漏斗
（1）一般兩側溶液的濃度並不相等，因為液面高的一側形成的靜水壓，會阻止溶劑由低濃度一側向高濃度一側擴散，故兩者濃度關系仍是S1＞S2．
（2）圖中半透膜模擬成熟植物細胞的原生質層，從功能上，半透膜只是利用孔徑大小控制物質進出；原生質層是選擇透過性膜，靠能量和載體控制物質出入，具有生物活性，可以完成逆濃度梯度的主動運輸，原生質層由細胞膜和液泡膜以及這兩層膜之間的細胞質構成．
（3）①蔗糖分子不能通過半透膜，而KNO3能夠通過半透膜，滲透平衡時裝置X能出現液面差，裝置Y不能出現液面差．故滲透平衡時，X漏斗內的液面高於燒杯里的液面，Y漏斗內的液面等於燒杯里的液面．
②觀察洋蔥鱗片葉表皮細胞發生質壁分離和復原現象，選潔凈的載玻片分別編號，在載玻片中央分別滴加蒸餾水，製作臨時裝片後觀察洋蔥表皮細胞的初始狀態．用低倍顯微鏡觀察到整個細胞呈現紫色，原因是紫色物質存在於占據了細胞大部分空間的液泡中．
③蔗糖分子不能透過原生質層，蔗糖溶液中的細胞質壁分離後不會自動復原，KNO3能被細胞吸收，導致細胞液和外界溶液的濃度差被消除，從而發生質壁分離自動復原的現象．
（4）上述實驗中最能體現兩種膜功能差異的實驗現象是KNO3溶液中的植物細胞質壁分離後會自動復原．
故答案為：
（1）S1＞S2
（2）原生質層細胞膜和液泡膜以及這兩層膜之間的細胞質
（3）①高於等於
②蒸餾水中央液泡
③發生質壁分離質壁分離後會自動復原
（4）KNO3溶液中的植物細胞質壁分離後會自動復原
④ 某同學設計了如圖Ⅰ所示的滲透作用實驗裝置，實驗開始時長頸漏斗內外液面平齊，記為零液面．實驗開始後，
A、OA段液面不段上升的直接原因是相同時間內從漏斗進入燒杯中的水少專於從燒杯進入漏斗內的水屬的量，A錯誤；
B、AB段液面不再上升的直接原因是相同時間內從漏斗進入燒杯中的水與從燒杯進入漏斗內的水的量相同，B錯誤；
C、OA段液面不段上升的直接原因是相同時間內從燒杯進入漏斗內的水的量多於於從漏斗進入燒杯中的水，C錯誤；
D、AB段液面不再上升的直接原因是相同時間內從漏斗進入燒杯中的水與從燒杯進入漏斗內的水的量相同，D正確．
故選：D
⑤ 實驗二 達西滲透實驗
1.實驗目的
1)通過穩定流條件下的滲透實驗，進一步加深理解線性滲透定律———達西定律。
2)加深理解滲透流速(v)、水力坡度(I)、滲透系數(K)之間的關系，並熟悉實驗室測定滲透系數(K)的方法。
2.實驗內容
1)了解達西滲透實驗裝置(圖B-2、圖B-3)。
2)驗證達西滲透定律。
3)測定不同試樣的滲透系數。
3.實驗原理
在岩石空隙中，由於水頭差的作用，水將沿著岩石的空隙運動。由於空隙的大小不同，水在其中運動的規律也不相同。實踐證明，在自然界絕大多數情況下，地下水在岩石空隙中的運動服從線性滲透定律:
圖B-2 達西儀裝置圖(底部進水)
水文地質學概論
式中:Q為滲透流量，m3/d或cm3/s;K為滲透系數，m/d或cm/s;ω為過水斷面面積，m2或cm2;Δh為上、下游過水斷面的水頭差，m或cm;L為滲透途徑的長度，m或cm;I為水力坡度(或稱水力梯度)， ;v為滲透流速，m/d或cm/s。
利用該實驗可驗證達西線性滲透定律:Q=KωI或v=KI。其主要內容為:流量(Q)(或v)與水力坡度(I)的一次方成正比。在實驗時多次調整水力坡度(改變水頭)，看其流量(Q)(或v)的變化是否與水力坡度一次方成正比關系。
實驗時，可直接測定流量(Q)、過水斷面面積(ω)和水力坡度(I)，從而可求出滲透系數(K)值
室內測定滲透系數，主要採用達西儀。其實驗方法有兩種:①達西儀由底部供水，出水口在上部(圖B-2)。實驗過程中，低水頭固定，調節高水頭;②達西儀是由頂部供水，水流經砂柱，由下端流出(圖B-3)。實驗過程中，高水頭固定，調節低水頭，即調節排水口的高低位置。由底部供水的優點是容易排出試樣中的氣泡，缺點是試樣易被沖動。由頂部供水的優缺點與前一種正好相反。本實訓以頂部供水的達西儀為例進行介紹。
4.實驗儀器及用品
1)達西儀(圖B-3)。
2)量筒(500mL)1個。
3)秒錶。
圖B-3 達西儀裝置圖(頂部進水)(編號說明見圖B-2)
4)搗棒。
5)試樣:①礫石(粒徑5～10mm);②砂(粒徑0.6～0.9mm);③砂礫混合(①與②混合)樣。
5.實驗步驟
(1)實驗前的准備工作
1)測量:分別測量金屬圓筒的內徑(d)，根據 計算出過水斷面面積(ω)和各測壓管的間距或滲透途徑(L)，將所得ω、L數據填入表B-2中。
2)裝樣:先在金屬圓筒底部金屬網上裝2～3cm厚的小砂石(防止細粒試樣被水沖走)，再將欲實驗的試樣分層裝入金屬圓筒中，每層3～6cm厚，搗實，使其盡量接近天然狀態的結構，然後自上而下進行注水(排水管2和水源5連接)，使砂逐漸飽和，但水不能超出試樣層面，待飽和後，停止注水。如此繼續分層裝入試樣並飽和，直至試樣高出上測壓管孔3～4cm為止，在試樣上再裝厚3～4cm小礫石作緩沖層，防止沖動試樣。
3)調試儀器:在每次試驗前，先給試樣注水，使試樣全部飽水(此時溢水管7有水流出)待滲流穩定後，停止注水。然後檢查3個測壓管中水面與金屬圓筒溢水面是否保持水平，如水平，說明管內無氣泡，可做實驗。如不水平，說明管內有氣泡，需排出。排氣泡的方法是用吸耳球對准水頭偏高的測壓管緩慢吸水，使管內氣泡和水流一起排出。用該方法使3個測壓管中水面水平，此時儀器方可進行實驗。
以上工作也可由實驗室教師在實驗課前完成。
(2)正式進行實驗
1)測定水頭:把水源5與排水管2分開，將排水管2放在一定高度上，打開水源5使金屬圓管內產生水頭差，水在試驗中從上往下滲透，並經排水口流出，此時溢水管7要有水溢出(保持常水頭)。當3個測壓管水頭穩定後，測得各測壓管的水頭，並計算出相鄰兩測壓管水頭差，填入表B-2中。
2)測定流量:在進行上述步驟的同時，利用秒錶和量筒測量時間(t)內排水管流出的水體積，及時計算流量(Q)。連續兩次，使流量的相對誤差小於5%(相對誤差(δ)= ，Q1、Q2分別為兩次實驗流量值，取平均值填入表B-2中。
表B-2 達西滲流實驗報告表
3)按由高到低或由低到高的順序，依次調節排水管口的高度位置，改變Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3個測壓管的水頭管讀數。重復步驟1和2，做2～4次，即完成3～5次實驗，取得3～5組實驗數據。
實驗過程中注意:①實驗過程中要及時排除氣泡，並保持常水頭;②為准確繪制v-I曲線，要求測點分布均勻，即流量(水頭差)的變化要控制適度。
(3)資料整理
依據以上實驗數據，按達西公式計算出滲透系數值，並求出其平均值，填入表B-2中。
6.實驗成果
1)提交實驗報告(表B-2)。
2)抄錄其他小組另外兩種不同試樣的實驗數據(有時間時，可自己動手做)。在同一坐標系內，以v(滲透流速)為縱坐標，I(水力坡度)為橫坐標，繪出3種試樣的v-I曲線，驗證達西定律。
復習思考題
1.當試樣中水未流動時，3個測壓管的水頭與溢水口水面保持在同一高度，為什麼?
2.為什麼要在測壓管水頭穩定後再測定流量?
3.三種試樣的v-I曲線是否符合達西定律?試分析其原因。
4.比較不同試樣的滲透系數(K)值，分析影響K值的因素?
5.在實驗過程中為什麼要保持常水頭?
6.將達西儀平放或斜放進行實驗時，其實驗結果是否相同?為什麼?
⑥ 如圖為研究滲透作用的實驗裝置，請回答下列問題：（1）漏斗內溶液（S1）和漏斗外溶液（S2）為兩種不同濃
（1）滲透平衡時液面差△h與濃度差的大小有關，濃度差越大，△h越大；蔗糖是不能穿過半透膜是分子，圖中由於漏斗內的蔗糖溶液濃度高，因此燒杯中的水分子或通過滲透作用進入漏斗，使漏斗內液面升高，滲透平衡時△h會產生壓力與漏斗內因溶液濃度差產生的壓力的大小相等，因此漏斗內的濃度仍然大於漏斗外；滲透平衡時的液面差為△h，此時S1和S2濃度大小關系為S1＞S2
（2）圖中半透膜模擬的是成熟植物細胞中的原生質層，兩者在物質透過功能上的差異是原生質層能主動轉運有關物質而半透膜不能．
（3）分別在裝置X和Y的漏斗內加入適量的蔗糖溶液和KNO3溶液，蔗糖不能透過半透膜，滲透平衡時，漏斗內液面高，即X液面高；KNO3溶液在水中電離成硝酸根離子和鉀離子，離子能透過半透膜，滲透平衡時，漏斗內外液面一樣高；
（4）洋蔥鱗片葉外表皮浸潤在的30%蔗糖溶液會質壁分離，浸潤在KNO3溶液中，細胞通過主動運輸吸收硝酸根離子和鉀離子，當細胞液濃度大於細胞外液濃度時，細胞又能滲透吸水，所以細胞質壁分離後會自動復原．
（5）如果用洋蔥作為實驗材料提取DNA，應用洗滌劑瓦解細胞膜，從而釋放DNA．在0.14mol/L的NaCl溶液中DNA析出最多．
故答案為：
（1）S1＞S2
（2）原生質層原生質層能主動轉運有關物質而半透膜不能
（3）X
（4）質壁分離KNO3溶液中的細胞質壁分離後會自動復原，而蔗糖溶液中的不會
（5）細胞膜0.14mol/L的NaCl
⑦ 如圖表示的是滲透作用的實驗裝置，當漏斗內蔗糖溶液的液面不再上升時，下列敘述正確的是（）A．裝置
A、當漏斗內復蔗糖溶液的液制面不再上升時，說明滲透作用達到動態平衡，此時水分子進和出的量相等，並沒有停止，A錯誤；
B、當漏斗內蔗糖溶液的液面不再上升時，說明滲透作用達到動態平衡，此時水分子仍然存在擴散作用，只是水分子進和出的量相等，B正確；
C、當漏斗內蔗糖溶液的液面不再上升時，漏斗的液面較高，存在靜水壓，所以此時長頸漏斗內溶液的濃度仍然大於燒杯內的濃度，C錯誤；
D、此時長頸漏斗內溶液的濃度仍然大於燒杯內的濃度，D錯誤．
故選：B．
⑧ 如圖為研究滲透作用的實驗裝置，請回答下列問題：（1）漏斗內溶液（S1）和漏斗外溶液（S2）為兩種不同濃
（1）圖中由於漏斗內的溶液濃度高，因此燒杯中的水分子或通過滲透作用進入漏斗，使漏斗內液面升高，滲透平衡時△h會產生壓力與漏斗內因溶液濃度差產生的壓力的大小相等，滲透平衡時，兩種溶液的濃度是S1濃度＞S2濃度．
（2）半透膜相當於植物細胞的原生質層，包括的細胞膜、液泡膜及兩者之間的細胞質．
故答案為：
（1）S1＞S2
（2）原生質層
⑨ 如圖為研究滲透作用的實驗裝置，請回答下列問題：（1）漏斗內溶液（S1）和漏斗外溶液（S2）為兩種不同濃
（1）一般兩側溶液的濃度並不相等，因為液面高的一側形成的靜水壓，會阻止溶劑由低濃度一側向高濃度一側擴散，故兩者濃度關系仍是S1＞S2．
（2）圖中半透膜模擬成熟植物細胞的原生質層，原生質層包括細胞膜、液泡膜和兩層膜之間的細胞質．
（3）②根據實驗所給材料「0.3g/mL的蔗糖溶液和與其等滲的KNO3溶液」，以及實驗的第三步可以確定，向甲裝片滴加0.3g/mL的蔗糖溶液，乙裝片應滴加等量等滲的硝酸鉀溶液．
③蔗糖分子不能透過原生質層，蔗糖溶液中的細胞質壁分離後不會自動復原；KNO3能被細胞吸收，導致細胞液和外界溶液的濃度差被消除，從而發生質壁分離自動復原的現象．
故答案為：
（1）S1＞S2
（2）液泡膜
（3）②等量等滲的硝酸鉀溶液
③質壁分離 自動復原