菜 刀 中 的 力 学 知 识
指导教师：陈万显超级电容器结构
课题组成员：朱俊杰、王海建、高博、梁超、张再亮、戴冰清
组 长：朱俊杰
班 级：高一（12）班
主导课程：物理
研究背景：菜刀与我们的生活密切相关，了解菜刀并掌握菜刀的使用是生活实践能力的一种体现，同时就菜刀本身而言，无论是菜刀的材料还是菜刀自身的结构特征或是菜刀的使用过程无不与力学知识有关。在生活中，经常出现用普通菜刀剁骨头的现象，不但费时，费力，还会极易卷刀口或造成其它不必要的伤害，或用普通菜刀切冷冻肉，困难很大。以菜刀为题材，研究其中的力学道理，充分地体现了物理与生活实际的联系，对提高我们的理论联系实
际的能力以及实践分析能力都大有裨益．
课题的目的及意义：目的：解决人们在使用刀具时的弊端，以及掌握如何正确使用刀具的方法；意义：加深对物理知识的了解，激发我们学习物理的兴趣 研究内容：研究各类刀具的长度、厚度、宽度、质量、锋利程度、外形、刀把长度以及材料，分析讨论不同刀具在不同运用中的力学关系，并且运用物理知识加以解释。
任务分工：执笔：戴冰清 ；采访资料：朱俊杰、王海建、高博、梁超、张再亮
研究方法及步骤：
资料收集阶段：第1——2周，到商场调查，获取一些有关刀具的资料，并走访屠夫，了解他们对刀的认识；
实际研究阶段：第4——6周，到制刀厂，打铁店，请教刀匠，做实验，做深入调查研究。
理论讨论阶段：第7——10周，在实验的基础上整理资料，得出结论
活动所需的条件：图书资料，电脑；实验设备：各种菜刀
电动牙刷结构
预期成果：调研报告
表达形式：文字、图片
具体安排：
第1周——第2周：确立选题，开题研究
第3周：到商场、图书馆、互联网上获取一些关于刀具的资料
第4周——第6周：进行实验，写出结论
第7周——第9周：整理结论、理论探讨
第10周：撰写调查报告
二、研究结果
1、菜刀的结构及几种常用菜刀
菜刀主要有刀身、刀刃和刀把三部分组成如图所示．
乳酸环丙沙星氯化钠
2、菜刀的种类、特点以及不同用途
市场上提供的菜刀的种类繁多，通过走访刀具市场、铁匠店等处，初步了解到与我们生活密切联系且使用频率较高的菜刀主要有以下几种：普通菜刀、水果刀、带锯条的锯齿刀、剁骨刀等．这些刀具的外观、材料、用途、重量、长短都各不相同．
列表统计如表1和表2 (仅作粗略统计)．
3、菜刀中的力学知识主要涉及以下内容：
1．力的合成与分解
力的合成与分解满足平行四边形定则：作用在物体上的一个力往往产生几个效果，如：放在水平面上的物体受到一个斜向上的拉 力F，这个力与水平方向成化纤抽丝θ角，如图所示，这个力产生两个效果：水平向前拉物体，同时竖直向上提物体，因此力F可以分解为水平方向的分力F1和沿竖直方向的分力F2，力F1和力F2的大小为F1＝Fcosθ，F2牧一征＝Fsinθ.
2．力矩的平衡
一个有固定转动轴的物体，在力的作用下，如果物体保持静止，我们称这个物体处于转动平衡状态；我们把力F和力臂L的乘积叫做力对转动轴的力矩M，当物体处于转动平衡时，作用在物体上的合力距等于零，即M合＝0.
3．压强的计算
u型光电传感器压强的公式可以表示为，在压力F一定的条件下，压强p与受力面积S成反比．
4．动量定理： 物体所受合力的冲量等于物体的动量变化，这个结论叫做动量定理，用公式表示为 F合t＝mv末一mv初或F合t=p末一p初
从动量定理中可以得出，F合＝(p末一p初)/t，在动量的变化一定的条件下，作用时间越短，产生的作用力越大．
4、分析菜刀形体中的力学知识：
(1)刀刃
刀刃的截面是三角形且刀尖非常的锐利，即三角形的顶角θ很小，当我们使用菜刀切削食物，给刀刃施加作用力F时，首先，这个力作用在食物上，对食物产生很大的压强，从而把食物割开；同时这个力会产生两个效果，这就是使刀刃的两个侧面推压食物，把物体切开，应用力的合成和分解的知识可知：
垂直侧面的两个作用效果可以用f1和f2表示，为作用 力F的分力．若刀刃的截面是等腰三角形，根据力的平行四边形定则可知，f1＝f2=F，如图所示，因此，θ越小，刀刃越锋利，菜刀越容易切削物体，但刀刃的强度和刚性会相对减弱．我们磨刀的目的就是减小刀刃的顶角
（2）刀身
不同的菜刀，刀身的形状有很大的不同，常用的菜刀，刀身呈长方形，厚度一般为1mm左右．剁肉用的肉刀（肉斧），刀身呈圆弧形，且非常厚实，如图所示；水果刀，整体较小，刀身长而窄，质地较轻，如图所示．
这些刀的形状是由它们的用途决定的．对于肉刀，因为要切肉，同时，还要剁肉骨头，所以需要质量较大的刀，当菜刀以一定的速度去切肉或剁肉骨头时，质量大的菜刀就会对食物产生较大的作用力，从而达到切削食物的目的．而对于水果刀，切割的是水果，相对较脆，切削时不需要很大的作用力，所以质地较轻的水果刀惯性小、容易操作．
如果用刀剁骨头，当刀的前端接触骨头时，手会感到刀把向下震，反之则向上震，有那么一个位置，刀上的这一点剁到物体上时，手感十分轻松．这是因为绕轴转动的任何物体都存在一个“打击中心”，当力的作用线通过“打击中心”时，转动轴所受的“打击”作用力为零．屠夫经常用来剁肉的肉斧的刀身是圆形的，这是为了在剁肉骨头时，不管刀的哪一个部位与肉骨头接触，都能保证，肉骨头对刀的作用力基本上通过以刀柄为转动轴的“打击中心”，这样就可以减小剁肉时刀对手的作用．
刀的质量大小对刀具的使用有很大的影响，当菜刀在接触物体后速度的改变率一样的情况
下，质量大的刀所受切割物体的作用力一定大，因此刀对切割物体的作用力也越大．
刀的扁平程度，应用切割物体时的受力大小及功能不同予以解释，如切易分割的物体，只需刀口锋利，一般做得较为扁平，而剁骨头的刀若如此，则极易卷口，故一般都比较厚．
菜刀由刀把和刀身组成，刀身的质量越大，刀的惯性越大．刀的质量主要取决于刀刃的质量，刀刃一般用弹簧钢制成，涉及力学中的密度、硬度等物理知识；刀把的长短涉及力学中的力矩知识．
刀刃的形状呈锲形，可利用力的合成与分解加以阐述，用很小的力，就能产生很大的作用效果．
5、菜刀使用过程中的力学问题
如：剁骨刀在使用过程中所体现的力学知识．
将刀提起一定高度，需要对刀做功，刀越重，被举得越高，刀获得的重力势能就越多，我们消耗的体力和能量就越多，人就越容易疲劳．
为了能很快剁开骨头，我们并不是让刀自由下落，在刀具下落的同时，给刀施加一个作用力，对刀做功，这样当刀与骨头接触时就能获得很大的速度．根据功能关系，我们对刀作功越多，刀获得动能就越多，刀口与骨头的作用时间越短，根据动量定理可知，刀口与骨头之间产生的作用力越大，效果就越明显．
对研究性学习的辅导体会
陈万显
研究性学习作为一种学习的方式，与传承性和接受式学习的方式相比有其自己的特点．研究性学习是围绕着问题展开的学习，传承性和接受式学习的方式是以知识为线索进而展开的学习，对知识的产生和发展过程研究和讨论不多．而研究性学习，首先是发现问题，选择有关的问题作为研究的问题，围绕解决问题进行一些必要的知识准备和一些必要的资料收集，再进行研究讨论，得到结论．例如菜刀上的力学知识，就是以人们所熟悉的菜刀作为问题的中心，结合力的合成和力的分解的知识，进行一些讨论，再根据力矩的一些知识进行一些研究，从而把所学的知识和实践生活中的问题相结合起来．形成理论联系实际的作风．深化了课堂学习的过程．通过一个学期对学生研究性学习的辅导，我觉得有如下一 些体会。
一、研究性学习是一种新的学习方式
研究性学习是一种新的学习方式，它是一门充分发挥学生主观能动性，以学生的自主学习，直接体验和研究探索为基本方式，以培养创新精神、实践能力和个性养成教育为基本目标的活动课程。它在学习内容上具有综合性和开放性；在学习过程中具有主动性和自主性；在学习结果上具有创造性；在学习形式上具有灵活性，另外，还有学生参与的全员性，实践的多样性等特点。
二、研究性学习课程的特点
1、自主学习，强调在活动中学习自觉地进行探索性、研究性学习。
这门课程的内容没有严格的规定，无论是学科课程涉及的领域，还是没有涉猎的范畴，或是当今社会的热门话题都在其中。研究性学习改变了以往教师讲学生听，学生被动接受的学习方式，使学生积极主动地去探索、去尝试、去研究、去寻求答案。研究性学习主张学生在真实的环境中和真实的活动中自主地学习，为学生的全面发展提供一个更加多样化的
舞台，以实现和完善学校养成教育的功能。从选题、收集资料开始到撰写报告，答辩，成果展示的全过程，都是学生自主选择的过程，教师只起指导和协助作用。在整个学习过程中，学生可以展示自信、自立、自强的精神风貌。
2、直接体验，强调在活动中学生亲身体验和实践科学结论的发现过程。
传统教育使学生远离社会，他们在毕业后需要很长时间才能适应工作岗位和社会生活，而活动课程为学生提供了许多了解、适应、参与社会的机会，从而帮助学生逐步走向社会。
研究性学习的价值就在于克服了分科教学的弊端。走上社会，我们发现，任何一个实际问题的解决都需要综合地运用各科知识，只有通过研究性学习中的多种形式的活动，才能把以往分散割裂的知识变成真正有价值、有生命的系统知识，所以研究性学习是分科教学的成果在一个学生身上的整合。在研究性学习过程中，很多内容要靠学生在学校、社会资源中去寻，包括资料、设备、信息、专家等，这些使学生获得了亲身体验。
3、个性养成教育，强调在活动中学生要养成独立、积极和创造性的人格个性。
在人的个性中，最本质的特征是人格的独立性、积极性和创造性。人的个性形成有先天因
素的作用，但更需要后天环境的影响，更需要依靠平时的养成教育。养成教育所强调的是在长期的良好环境下对人的渐进影响过程，是生活和实践中的学习，所以，养成教育离不开生活和实践。活动课程主张学生在真实的环境中和真实的活动中自主地学习，为学生的全面发展提供一个更加多样化的舞台，以实现和完善学校养成教育的功能。
三、研究性学习使教师面临着挑战
随着新世纪的到来，一支粉笔、一本教材的传统教学方式正面临着信息技术的挑战。新一轮的课程、教材改革，从小学阶段的综合实践课到初中的综合方案、高中的研究性学习，都对教师的教学能力提出了新的、更高的要求。新世纪，教师将面临着新的挑战：一是如何全面推进素质教育，培养学生的创新精神和实践能力；二是信息化浪潮之下，教师如何继续教育。面对新世纪，教师现有的思想观念和素质结构已远远满足不了教育的新要求了。解决这一问题，很重要的一点就是要通过学习和培训来完成。
四、从实践看，研究性学习的意义
不可否认，绝大部分学生对研究性学习课程的开展持赞成态度。研究性学习的开展在一定
程度上培养了学生的实践能力、组织能力、团结协作能力、应变能力，使学生多方面知识得到整合，有益于知识和能力的迁移和发展，有益于学生个性的养成，对于了解社会、参与社会有积极的促进作用，有益于养成正确的世界观。这门课程受到了学生的欢迎和许多社会人士的肯定。
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