某渗透实验装置如图砂

㈠ 达西定律相关信息

在土体孔隙中，地下水渗透时会遭遇渗透阻力，导致沿程能量消耗。为探究这一现象的规律，法国工程师达西在1856年经过深入的实验研究，提出了著名的达西定律，描述了渗透能量损失与渗流速度之间的关联。

图1所示的达西渗透实验装置，包括一个直立圆筒①，其横截面积为A，上端开口，两侧装有间距为l的侧压管。圆筒底部上方设置了滤板②，填充了均匀的砂土。水从上端注入，多余水流经溢水管③排出，保持筒内水位恒定。通过短水管④，水渗透过砂层，流入量杯⑤测量渗流量q。在Δt时间内，量杯中水体体积增量为△V，因此渗流量定义为q=△V /△t。同时，测量断面1-1和2-2处的侧压管水头值h1、h2，以及两者之间的水头损失Δh。

达西的研究结果显示，渗流量q与圆筒横截面积A成正比，与断面间距l成反比，这可以用以下关系式表示：

q = k * A / i

其中，i = Δh / l，即水力梯度或水力坡降，k是渗透系数，定义为当水力梯度为1时的渗透速度，单位为cm/s。

式（1-1）和（1-2）概括了达西定律的核心内容，它构成了地下水渗透理论的基础定律，对于理解和预测土壤中的水文过程至关重要。

㈡ 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）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，原生质层包括细胞膜、液泡膜和两层膜之间的细胞质．
（3）②根据实验所给材料“0.3g/mL的蔗糖溶液和与其等渗的KNO₃溶液”，以及实验的第三步可以确定，向甲装片滴加0.3g/mL的蔗糖溶液，乙装片应滴加等量等渗的硝酸钾溶液．
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．
故答案为：
（1）S₁＞S₂
（2）液泡膜
（3）②等量等渗的硝酸钾溶液
③质壁分离 自动复原

㈢ 渗透系数的测定方法

渗透系数的测定方法主要分“实验室测定”和“野外现场测定“两大类。
1.实验室测定法
目前在实验室中测定渗透系数 k 的仪器种类和试验方法很多，但从试验原理上大体可分为”常水头法“和变水头法两种。
常水头试验法就是在整个试验过程中保持水头为一常数，从而水头差也为常数。 如图：
试验时，在透明塑料筒中装填截面为A，长度为L的饱和试样，打开水阀，使水自上而下流经试样，并自出水口处排出。待水头差△h和渗出流量Q稳定后，量测经过一定时间 t 内流经试样的水量V，则
V = Q*t = ν*A*t
根据达西定律，v = k*i，则
V = k*（△h/L）*A*t
从而得出
k = q*L / A*△h=Q*L /( A*△h)
常水头试验适用于测定透水性大的沙性土的渗透参数。粘性土由于渗透系数很小，渗透水量很少，用这种试验不易准确测定，须改用变水头试验。
变水头试验法就是试验过程中水头差一直随时间而变化，其装置如图：水从一根直立的带有刻度的玻璃管和U形管自下而上流经土样。试验时，将玻璃管充水至需要高度后，开动秒表，测记起始水头差△h1，经时间 t 后，再测记终了水头差△h2，通过建立瞬时达西定律，即可推出渗透系数 k 的表达式。
设试验过程中任意时刻 t 作用于两段的水头差为△h，经过时间dt后，管中水位下降dh，则dt时间内流入试样的水量为
dVe = －a dh
式中 a 为玻璃管断面积；右端的负号表示水量随△h的减少而增加。
根据达西定律，dt时间内流出试样的渗流量为：
dVo = k*i*A*dt = k*（△h/L）*A*dt
式中，A——试样断面积；L——试样长度。
根据水流连续原理， 应有dVe = dVo，即得到
k = （a*L/A*t）㏑（△h1/△h2）
或用常用对数表示，则上式可写为
k = 2.3*（a*L/A*t）lg（△h1/△h2）
2. 野外现场测定法
渗水试验(infiltration test)一般采用试坑渗水试验，是野外测定包气带松散层和岩层渗透系数的简易方法。试坑渗水试验常采用的是试坑法、单环法、和双环法。 是试坑底嵌入两个铁环，增加一个内环，形成同心环，外环直径可取0.5米, 内环直径可取0.25米。试验时往铁环内注水，用马利奥特瓶控制外环和内环的水柱都保持在同一高度上，（例如10厘米）。根据内环取的的资料按上述方法确定松散层、岩层的渗透系数值。由于内环中的水只产生垂直方向的渗入，排除了侧向渗流带的误差，因此，比试坑法和单环法精确度高。内外环之间渗入的水，主要是侧向散流及毛细管吸收，内环则是松散层和岩层在垂直方向的实际渗透。
当渗水试验进行到渗入水量趋于稳定时，可按下式精确计算渗透系数（考虑了毛细压力的附加影响）：K(渗透系数)= QL/ F(H+Z+L)。
式中：
Q-----稳定的渗入水量(立方厘米/分)；
F------试坑内环的渗水面积(平方厘米)；
Z-----试坑内环中的水厚度(厘米)；
H-----毛细管压力（一般等于岩土毛细上升高度的一半）(厘米)；
L-----试验结束时水的渗入深度（试验后开挖确定）(厘米)。

㈣ 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

㈤ 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．

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）图中由于漏斗内的溶液浓度高，因此烧杯中的水分子或通过渗透作用进入漏斗，使漏斗内液面升高，渗透平衡时△h会产生压力与漏斗内因溶液浓度差产生的压力的大小相等，渗透平衡时，两种溶液的浓度是S₁浓度^_＞S₂浓度．
（2）半透膜相当于植物细胞的原生质层，包括的细胞膜、液泡膜及两者之间的细胞质．
故答案为：
（1）S_1^＞S_2
（2）原生质层

㈦ 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

㈧ 如图表示的是渗透作用的实验装置，当漏斗内蔗糖溶液的液面不再上升时，下列叙述正确的是（）A．装置

A、当漏斗内复蔗糖溶液的液制面不再上升时，说明渗透作用达到动态平衡，此时水分子进和出的量相等，并没有停止，A错误；
B、当漏斗内蔗糖溶液的液面不再上升时，说明渗透作用达到动态平衡，此时水分子仍然存在扩散作用，只是水分子进和出的量相等，B正确；
C、当漏斗内蔗糖溶液的液面不再上升时，漏斗的液面较高，存在静水压，所以此时长颈漏斗内溶液的浓度仍然大于烧杯内的浓度，C错误；
D、此时长颈漏斗内溶液的浓度仍然大于烧杯内的浓度，D错误．
故选：B．