① 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。
② 如图表示渗透作用装置图，其中半透膜为膀胱膜（允许单糖透过不允许二糖及多糖透过），装置溶液A、B、a、b
根据题意，MA大于MB，且Ma和Mb均大于MA，这意味着溶液A与溶液B之间的浓度差相对较小，因此，图1中漏斗内的水分进入量也会相对较少。由此可以推断，平衡后，漏斗内的溶液浓度Ma会大于Mb，因此选项A是正确的。
进一步分析表明，两个实验中的漏斗液面起始高度一致，但由于图1中的水分进入量较少，所以在平衡状态下，图1漏斗内的液面上升高度会小于图2，因此选项B是错误的。
当系统达到平衡状态时，膜两侧水分子的进出速度会相等，但由于漏斗与装置的液面高度不同，导致膜两侧的溶液浓度不可能相等，这使得选项C也是错误的。
如果向a、b中加入等量的蔗糖酶，那么漏斗内的蔗糖会被水解成单糖，这些单糖能够透过半透膜进入膜外，而膜外的蔗糖则无法被水解。因此，漏斗内外的溶液浓度难以达到平衡，导致液面不会齐平，选项D同样错误。
综上所述，正确答案是A。
③ 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
④ 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
⑤ 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?
⑥ 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）渗透平衡时液面差△h与浓度差的大小有关，浓度差越大，△h越大；蔗糖是不能穿过半透膜是分子，图中由于漏斗内的蔗糖溶液浓度高，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，因此漏斗内的浓度仍然大于漏斗外；渗透平衡时的液面差为△h，此时S1和S2浓度大小关系为S1＞S2
（2）图中半透膜模拟的是成熟植物细胞中的原生质层，两者在物质透过功能上的差异是原生质层能主动转运有关物质而半透膜不能．
（3）分别在装置X和Y的漏斗内加入适量的蔗糖溶液和KNO3溶液，蔗糖不能透过半透膜，渗透平衡时，漏斗内液面高，即X液面高；KNO3溶液在水中电离成硝酸根离子和钾离子，离子能透过半透膜，渗透平衡时，漏斗内外液面一样高；
（4）洋葱鳞片叶外表皮浸润在的30%蔗糖溶液会质壁分离，浸润在KNO3溶液中，细胞通过主动运输吸收硝酸根离子和钾离子，当细胞液浓度大于细胞外液浓度时，细胞又能渗透吸水，所以细胞质壁分离后会自动复原．
（5）如果用洋葱作为实验材料提取DNA，应用洗涤剂瓦解细胞膜，从而释放DNA．在0.14mol/L的NaCl溶液中DNA析出最多．
故答案为：
（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
（3）X
（4）质壁分离KNO3溶液中的细胞质壁分离后会自动复原，而蔗糖溶液中的不会
（5）细胞膜0.14mol/L的NaCl
⑦ 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．
⑧ 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）S1＞S2
（2）原生质层
⑨ 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