1、以切肉为例： 1，刀刃锋利，肯定刀锋对肉的压强会很大。如果肉表面支撑不住，刀刃就会切下去。反之依然； 2，刀把、刀刃长时，手在移动幅度较小的情况下，刀可以起伏很大，适合切较厚、较多的蔬菜等，不会觉得累； 3，刀身宽窄，是对应刀的重量，在挥动的时候，可以储存很大的势能；刀刃的压强，就更大； 4，锯齿形刀刃的压强会更大，更省力，但切口比较粗糙； 按照用力情况分析： 刀把不能太高，使它的的延长线接近刀刃中点，刀就不会容易倾斜； 刀落下时，刀的重心应靠近肉的中心（尤其是砍排骨时候） ； （尖锐的刀最省力；）菜刀上的力学 （2003 级 张海峰）日常生活中，任何生活用具都是根据一定的原理构造而成的。在厨
2、房里，我们经常用到菜刀，其构造原理是什么呢？我们不妨应用自己所学过的物理知识，对其构造上的力学进行分析。一、菜刀的总体结构分析菜刀主要是由刀刃，刀身和刀把三部分构成的。从总的分析，刀刃和刀身都是用钢铁制成的，而刀把则是木头。其原因是由于钢铁的硬度较大，可以用来剁切许多坚硬的东西。刀把如果也用钢铁制成，则使用起来就非常笨重了，为此是用木头代替，既省钢铁材料，使用起来又轻便又省力。再则，由于刀身是质量较大的钢铁材料制成的，其重心是在刀身上。用菜刀切东西时，就相当于使用杠杆工作，这时手作用在刀把上力的力臂大于切东西的阻力臂，这样就达到省力的目的。二、菜刀的局部构造分析1、对刀刃的力学分析菜刀的刀刃是
3、用来切削食物的。刀刃的横截面是一个三角形，且刃尖是非常锐利，即是三角形的顶角 0 很小。当我们使用菜刀切削食物时，给刀刃施加作用力 F 时，由于刀刃与食物接触面积极小，产生的压强便非常大，从而把食物割开。同时这个力 F 会产生另一个效果，即是使刀刃对两侧面推压食物，把食物切开。从力的分解角度来看，刀刃对两个侧面的推压作用力为 F 和 F 为力 F 的两个分力。若刀刃的截面是等腰三角形，则根据力的平行四边形定则可知，F=F=F/2Sin0 .当 0 角越小时，推压力 F 就越大。也就是说，刀刃越锋利，菜刀越容易切削物体。2、对刀身的力学分析不同的菜刀，刀身的形状不一样，这是由于它们的用途不同之所
4、致。如：肉刀因为除切肉外，有时还要跺肉骨，所以需要质量大的刀身。当刀以一定的速度跺下去，因质量大，跺骨头的机械能也就大，这样就容易跺烂了肉骨头。相对来说，水果刀由于常用来切削水果，不需要太大的力，所以水果刀的质量就轻小些，且较灵活地转动削水果皮。3、对刀把的力学分析刀把上刻有条纹，其目的就是要增大与手接触的粗糙程度，从而增大摩擦力，不至于由于油腻而滑手。根据上述的菜刀上的力学分析，我们今后选取用菜刀时，尽量要使刀刃锋利，可用磨石来磨达到锋利。而且要根据不同的用途来选择不同的刀身。一提起“刀“这个字，真是无人不知，无人不晓。 “刀“，家家户户都有，而且是必不可少的，几乎每天都用它来切、割、砍、削
5、食物，而我们现在所要研究的就是“刀“ 与物理学中的力学之间的关系。 菜刀的结构：菜刀主要由刀刃（1） 、刀身（2）和刀把（3）三部分组成。 一、刀刃 菜刀的刀刃是用来切削食物的，刀刃的截面是一个三角形，且刀尖非常锐利，即三角形顶角 很小，当我们使用菜刀切削食物，给刀刃施加力 F 时，首先，这个力作用在食物上，对食物产生很大的压强，从而把食物切开，同时，这个力会产生两个效果，这就使刀刃的两侧面的推压作用力 F1、F2 为 F 的两个分力，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/2Cos 。因此， 越小，刀刃越锋利，菜刀越容易切削食物，但刀刃的强度和钢度要相对减弱，我
6、们磨刀的目的就是减小刀刃的顶角。 二、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。这些刀的形状是由他们的用途决定的，对于肉刀，因为要切肉，同时，还要跺肉骨头，所以需要质量较大的刀，当菜刀以一定速度去切肉或“跺“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，所以切削时，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。 三、刀把 如果用刀“跺“ 骨头时，当刀的前端接触骨头时，
7、手会感到刀把向下震，反之则向上震，有那么一个位置，刀上的这一点跺到物体上时，手感十分轻松，这是因为绕轴转动的任何物体都有一个“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，屠夫经常用来跺肉的肉斧的刀身是圆形的，这是为了在“跺“ 肉骨头，不管力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?quot;打击中心“，这样就可以减小跺肉时刀对手的作用。 在我们日常生活中，力学现象随处可见，从而对力的了解就显得尤为重要，通过这次研究，是对我们以前所学的力学知识一定实践的过程，使我们对力学知识有了更深刻的了解，对今后的物理学习中起到了重要的作
8、用。菜刀上的力学问题引言：岁月在流逝，时光在荏苒，转眼间人类已从一个饱尽沧桑的旧世纪进入一个朝气蓬勃的新世纪，从原始人的汝毛饮血到现代的用着轻便的微波炉烹饪美味佳肴，从前古人怀着雄心壮志欲像鸟儿一般展翅飞翔的幻想，到至今人类真正能够冲出重霄实现梦想的飞机、宇宙飞等，这一切无一不说明着整个时代在进步，整个社会在向前发展，未来是那么神秘莫测！物理学，一门最贴近人们生活的学科，在大多数人们心目它是一门复杂、纷繁的学问，在一些初涉物理的同学眼中，它就是一个解不开的迷团，其实不然，即使一些物理学家对于物理这一学问也不能说无所不知，就是这一高深莫测的学问，在生活中也是随处可见的，如：烧饭，运用了电能转化为
9、热能；天平运用了杠杆平衡的原理，所以物理是我们了解生活最好的一门学科。背景：一天在厨房见妈妈拿着菜刀在砍骨头，只见妈妈拿着把菜刀，对着刀板上的骨头这儿敲敲，那儿剁剁，可那骨头却“冥顽不灵”。于是妈妈使劲往下一剁，这下可好，刀卡在骨头上了，着妈妈着急得样子，我突然想起物理课上教过的惯性，只要提起刀（卡有骨头），用力往刀板上砍，那么骨头便会断了，这是因为我们使劲把刀砍到刀板时，骨头已静止了，可刀仍保持原来的运动状态往下砍，所以只要加快下去的速度，骨头就会断了，后来，我便教妈妈运用这一原理来砍骨头。后来，我便想，现在市场上有各式各样的刀，那么哪些刀适合切水果，哪些刀适合砍骨头，哪些刀适合剁肉呢？还有
10、当我们用同样一把刀的时候，不同的方法，手持不同的位置，施力的大小也不一样。所以为了更好地了解有关知识，我们便决定对有关菜刀上的力学问题进行一下研究。具体实验：1、首先，我们来了解一下有关菜刀上的杠杆问题。杠杆包括力臂、力和支点。力臂和力的乘积为力矩，当其中一个力矩的值固定时，另一个力矩的力臂越长那么所用的力越小，反之，则施力越大。经过对杠杆知识的巩固，接下来我们将以实验来证明。我们先固定切物体的支点（即阻力矩是固定的），然后改变手握刀把的位置，从而来改变动力臂，看施力的情况具体实验如下：实验工具：一般的菜刀一把，两块大小相同的土豆实验经过：我们把土豆放在刀板上，把刀固定在刀把上，然后试着将手握
11、着刀把的前端，然后用力向下切土豆，接着，再将手握着刀把的后端，然后再切第二块相同大小的土豆。实验结果：我们发现将手放在刀把后端切土豆轻松。接着，我们又做了另外一个实验，就是以刀尖为支点，然后改变阻力臂，看动力如何变化。实验经过：把土豆放在离刀尖 1/3 处，手握住刀把的末端，用力把土豆切下，之后，不改变手握刀把的位置，而改变土豆放置的位置，将其放离刀尖 2/3 处，然后用力把土豆切下。实验结果：发现放在离刀尖 1/3 处时切土豆较易。通过以上两个实验，我们可以得知，当阻力臂和阻力一定时，动力臂越长，动力越小，还有当阻力和动力臂一定时，阻力臂越大，所以我们今后在切东西时，最好选择一些刀身长一些的
12、或将被切物放在离刀尖近一点的地方，这样便既省力、又方便。2、接着，我们来研究一下有关菜刀上的压强问题，几乎所有的家庭中用的菜刀都是很锋利的，有的人家把刀用钝了，还要把磨刀师傅把刀磨尖了，难道钝的刀就不能切了吗？其实并不是不可以切东西，而是用钝刀切东西十分困难，既费力，又费时，不信，我们也来做一个实验。实验工具：一把钝刀、一把锋利的刀、一块有很多筋的肉。实验经过：我们先用钝刀切肉，我一刀下去，虽然那一会低下去，可并没有断，我切了好几下才把肉切成两半，而我们再换一把锋利的刀，我便这么一刀下去，肉马上变成了两半。从以上实验和数据，我们可以知道，锋利的刀切东西十分方便，这是为什么呢？让我们来回想一下压
13、强的相关内容。压强是单位面积上受到的压力。压强=压力/受力面积由此公式我们可以知道压强和压力与接触面积有关，在施加的压力相等情况下，刀越钝，也就是刀锋与物体的接触面积越大，则压强就越小，想使压强变大，则就得增大所施力的力，所以就比较难切物体，而刀锋越利的，刀锋就越薄（即其与物体的接触面积越小，则压强就越大，那么物体就很容易被切断。我想，也许不会有人愿意花许多时间，许多精力来切东西吧，所以，大家都选择刀锋锐利的菜刀来切东西，然而，也并不是所有的东西都用刀锋较薄的刀来切就容易。例如，砍骨头的时候，即使用很锋利的刀，可由于刀锋太薄了，等你砍下去之后，刀刃已经被扭曲，变形了，可骨头却还没有断，所以像砍
14、骨头什么的，要用既锋利但刀面又要宽，刀刃要较厚的，剁肉泥要用锋利的菜刀，切黄瓜、土豆等，则选用一些刀声、刀身较长，刀面较窄的刀，这样正确地选择用刀可以节约时间，也可以省去我们花太多的力，所以现在有些人家里的厨房里常常能看到一组刀具大概也就是这个原因。接着，再让我们来研究一下有关力的分解的问题，例如砍木材我们一般是用斧头，虽然它并不锋利，假如我们用一般切西瓜的那种很锋利的刀来切，那是十分困难的，因为它的刀刃太薄，不能把木材胀开，砍木材时刀面与木材之间的摩擦力太大，使得刀不能继续往下砍，因此人很难克服这个摩擦力使木材砍断；而用斧头容易是因为它的刀侧成三角形，所以在我们施力砍下去时，形成两个与 F
15、等效的分力F1 和 F2（即三角形的刀刃使得原本竖直向下的力改成了向两边的力），且这两个力远大于木材之间的纤维的相互作用力以至于可以把木材胀开，因此，可以很方便就将木材砍断。最后，再来了解一下关于能的问题，当我们锯木头的时候，手总是拉着锯在木头上来回锯，而不是垂直木头往下锯，是因为垂直向下锯所需的力必须很大，而来回锯 W=F*S 因为所以来回锯可以增大了它的位移，而所做的功是一定的，那么所需的力便小了。通过这次研究，使我们对力学上的问题有了更深异步的了解，可有关菜刀上的力学问题还有很多，我们只研究了其中的一小部分，其他就有待今后的人再进一步的研究，其实，平时我们只要多思考、多留心、多发现，周围
16、有趣的有意义的现象还有很多，所以，我们要学好这门与我们生活息息相关的学科物理，去发现研究至今仍未解开的谜。“菜刀上的力学知识”课题研究作者：刘万强 说明：2006 年 12 月市教研室在我校开展了一次高中物理研究性学习的现场观摩课展示活动，这是当时我所任教的一个班级以“菜刀上的力学知识”为课题，汇报展示交流的实录。（主持人：A、B 两学生）AB 合：掌声浓浓，情感浓浓。A：首先，还是让我们以最最最热烈的掌声欢迎各位老师的到来。B：掌声中可以体会到我们班开展这次研究性学习活动，同学们是多么地高兴，得到各位老师的关注而感到的荣幸与骄傲。A：我们所处的是一个幸福的时代，也是一个竞争激烈的时代。竞争是
17、知识的竞争，是人才的竞争，要获知识，探索研究必不可少。B：是的，其实在我们的日常生活中，只要你留心每一件事，都有它研究的一面。就比如我们今天要讲到的菜刀。A：对了，“菜刀上的力学知识”在这段研究学习当中，同学们划分成了六个组，每组的同学都忙得不亦乐乎，每个同学都为各组研究的课题贡献了自己的力量。B：那么，现在就让我们来听听这六组的研究报告。AB 合：来，进入我们的第一个环节“能说会道”。B：下面就请上第一组同学 C，他们组研究的课题是“刀的锋利程度”。有请同学 C。同学 C 作报告（节选）：首先，我们来观察普通菜刀、水果刀、砍刀、裁纸刀的外形特点和刀身的厚薄并测量。刀的种类 菜刀 水果刀 砍刀
18、 裁纸刀外形 近似矩形 狭长 矩形，刀刃似弧形 梯形刀身厚薄 一般 较薄 较厚 很薄刀刃厚度 0.036cm 0.018cm 0.050cm 0.008cm观察表格可知刀刃由厚到薄依次是：砍刀、菜刀、水果刀、裁纸刀。我们有通过实验进行比较研究。实验一：使用各种刀具切土豆刀的种类 菜刀 水果刀 砍刀 裁纸刀省力情况 省力 较费力 费力 省力省时情况 省时 较费时 较费时 较省时切割难易 容易 一般 较难 较难切片情况较平整，切片均匀较平整，切片均匀不平整，切片不均匀较平整，切片均匀实验二：用同样大小的力去划同一本废书刀的种类 菜刀 水果刀 砍刀 裁纸刀划痕情况 划破口光滑少皱有皱 划破口光滑有皱
19、 无皱划破张数 6 3 1 8综合上述三表，刀越锋利，划切物体越容易，即刀口越薄，越容易切物体。为什么呢？我们想到力在面积上的反映-压强。由 P=F/S，F 一定，S 越小，P 越大；S 一定，F 越大，P 越大。因此，刀的锋利程度与刀刃厚薄有关。A：听完这位同学的报告，同学们是不是觉得一件平常的小东西还有这么多丰富的内容，然而，这只不过是刀的某一方面，下面就让我们来继续听一听关于刀的锲形程度与扁平程度的报告，有请第二组的同学 D。同学 D 做报告（节选）：刀口的锲形程度和刀身的扁平程度直接影响着人们对刀的使用。为此，我组对剁骨刀、裁纸刀、普通菜刀、水果刀、电工刀进行了研究，并做了几项实验：首
20、先，用游标卡尺测量出一些长度， 计算取得一些直观的数据，从而了解刀口的 锲形程度。项目种类劈长1（mm）劈背d（mm）sin=d/2l 角度数剁骨刀 5.28 2.68 0.2538 1442裁纸刀 1.38 0.40 0.1450 820普通刀 5.10 1.54 0.1510 841水果刀 3.30 1.06 0.1606 914电工刀 1.44 1.18 0.4100 2412按刀口锲形程度的大小将五种刀具锲形由大到小的次序排列：电工刀、剁骨刀、水果刀、普通菜刀、裁纸刀。接着，我们用卫生纸将各种刀具擦干，再做一个 实验：用五种刀分别裁纸、切馒头、切土豆、并用五块卫生纸分别擦五种刀口，观察
21、其湿度，并观察所切物品的损耗，体会受力的大小，并完成了下面的表格。裁纸 切馒头 切土豆 备注项目种类纸的整齐程度用力大小碎末多少用力大小切面平整程度水汁多少电工刀不整齐用力较大较多 很费力 不平整 很多剁骨刀极不整齐用力很大很多 较费力极不平整较多水果刀较整齐用力适中较少 较省力 较平整 较少水汁的多少是根据卫生纸的湿度来判断的普通菜刀较整齐较省力 很少 很省力 平整 少裁纸刀很整齐很省力 很少 很省力 很平整 很少将五种刀具按由费力到省力的总趋势排列：电工刀、剁骨刀、水果刀、普通菜刀、裁纸刀。做了几项实验，首先值得提出的问题是：为什么锲形程度的大小会影响用力大小呢？我们首先对刀口进行受力分析
22、：（如图 2）我们知道，T 1、T2 是使被切物品裂开的两个力，也是力 F（即人对刀施加的外力）的两个相等的分力。由几何数学分析知： 随着 角的增长（即刀口的锲形程度越大），T 1 和 T2 减小，用这种刀口就越难切物体。经我这么一分析，大家一定会明白了，但另一个问题随之产生了人们往往为什么要用剁骨刀来砍排骨，而不用普通菜刀呢？我们来做一个实验，分别用普通菜刀和剁骨刀来砍排骨，观察排骨的切口深度及刀口是否卷起。现象出现了，剁骨刀砍的两块骨头深度大，用普通菜刀砍的那根骨头的切口的深度小，还有一个重要发现 普通菜刀刀口有点儿卷。产生这种现象的原因是什么呢？再一次观察两种刀具，普通菜刀刀身要比剁骨刀
23、的刀身扁而且平，因而它所能承受的外力较小，容易卷； 对剁 骨刀刀身厚且不平整，因而它所能承受的外力要大些。这也使认识到刀身较薄的刀（比如普通菜刀）不能用来砍骨头这一类硬东西，而应该选用刀身较厚的刀（比如剁骨刀）来砍，否则容易将刀口砍缺或砍卷。影响刀的使用寿命。当然，砍硬物品的刀还与刀刃的硬度有关。B：刀是我们日常生活中必不可缺的生活工具，通过这次研究性学习，让我们懂得了更多多关于刀的知识。在今后使用刀的过程中，我们要用我们所研究出来的知识根据被切物品的不同，而选择适当的刀具，让刀更好地服务于我们的生活.接下来，请听第三组同学 E 的报告，他的报告题目是“刀的平整与锯齿形”同学 E 做报告（节选
24、）：刀有锯齿和平整之分。正因为形状不同， 这就直接决定了它们各自的使用效果的不同，现在就让我们来进行一 组实验，通 过实验的情况对 各种刀具的外形有所了解。表 6:几种常见的外形刀和种类 普通菜刀 锯齿形菜刀 裁纸刀 砍骨刀外形特征矩形，刀口平整，刀口呈直线大致成三角形，切物品的一侧有锯齿最锋利、刀口平整，刀口呈直线较锋利，刀身大致成矩形，刀口呈弧形，外凸小结：砍骨刀的刀身大致成矩形，刀口呈弧形，外凸；锯齿形刀大致成三角形，刀口的一侧有锯齿；普通菜刀和裁纸刀的刀身呈矩形，刀口平整，刀口呈直线。外形上的区别和差异导致使用时的感觉和效果不同，那我们对不同外形的刀进行研究，又会得到一组实验数据 .表
25、 7:不同外形的刀使用时的感觉和效果名称 划萝卜 切肉 切冻肉 锯排骨 削苹果皮普通菜刀 较慢 较费刀 无法切动 不适宜 较厚锯齿形刀 较快 较省力能切动且省刀很难、切割时往来回拉较薄裁纸刀 较快且省力 较省力 无法切动 不适宜 较薄且省力砍骨刀 不适宜 很费力能切动但有砍损很容易，但有些碎骨头不适宜由以上实验结果，可以得出结论：平整刀适宜切硬度（质地）适中的物件，如果砍较硬的物体，则刀口可能起卷，起缺，但砍骨刀例外；锯齿刀适宜来切割硬度较大的物体，但使用时必须像锯子一样来回拉动。锯齿形刀具的使用究竟有何特点呢？我们通过控制变量法专门研究了锯齿形刀：用同一种刀来切割不同的物体，实验情况和结果如
26、下表：表 8:运用锯齿切割效果切割难易度 切割效果被切割物品 用时 用力 难/易 切口形状 表面 屑/汁有无损耗馒头 较少 小 一般 直线 平整有少许屑有水果（苹果）少 较少 较易 波浪线 有棱有少许汁无冻肉 较多 较大 容易 直线 平整 无屑 无排骨 多 大 很难 直线 平整 有粉末状 有结论：之所以被切物体有损耗，是因为锯齿形刀口在切割是因为它的齿，导致推拉时能够使物体沿刀的运动方向上受力。 分析：与锯齿刀有关的力是物体对它的摩擦力，假设人施加的外力 F 与水平方向成 角，截取一锯齿进 行受力分析。如图 3 所示：F 可分解为水平方向上的 Fcos 和竖直方向上的 Fsin，因此，刀必 须
27、受到水平方向上的摩察力 f 水平 和竖直方向上的摩察力 f 竖直 。有时是利用了摩擦大的优点，如裁纸刀切割食物。A：刀如大米一样随处可见，各种各样的刀具，通过比较就会发现各自的优点。我们也知道刀身有宽有窄，那么，为什么会有宽窄呢？请听第四组同学 F 的报告。同学 F 做报告（节选）：刀是日常生活中最常见的一种用具，只要留心的同学会观察到各种各样的刀，它们的形状、刀的长度、宽容等大小不一，究竟 这些差异与用途有什么 联系呢？下面我们着重研究了刀的宽窄与用途的联系。通过测量猪草刀、水果刀、菜刀的 宽窄与质量如图：刀具 猪草刀 菜刀 水果刀宽窄 13.5cm 10.4cm 2.4cm质量 300.2
28、g 160.2g 30.6g宽窄大小 最大 较小 最小由上表可知：猪草刀最宽，质量最大；菜刀的宽度较小，质量适中；水果刀的宽度最小，质量最小。以上是我们对刀的宽窄的初步认识，接着我们对刀的宽窄与用途的联系做了具体研究。通过实验：用菜刀和水果刀切红薯得出：刀身越宽的刀，方便于切物体；刀身越窄的刀方便于割物体，这是什么原因呢？请看刀的受力图：（规定刀身的长度，厚薄一定，且切物体时，刀与物体的接触点相同）F、F为人切物体的力，由力的作用效果得 Fx，Fy，Fx/，Fy/，由图知： 因为人切物体最终的效果是一样的。所以 Fy=Fy，因为 所以 FxFx，所以刀身宽运动的矩离小，而刀身窄 运动的距离大，
29、所以刀身窄的刀易割物体，而且身宽的刀易切物体。那么，刀的宽窄还与哪些物理知识有关呢？我们进行了这样一个实验：两个同学用菜刀和水果刀削苹果皮，不论使用菜刀的哪个同学怎样尽自己最大所能，总比用水果刀削皮慢，这又是为何呢？我们作了简要的分析：菜刀比水果刀宽、质量大，由于 惯性与质量有关、 质量大，惯性大，运动状态就难改变，使用起来就不方便，而水果刀与菜刀是相反的，使用起来就灵活些。在日常生活中我们常常看到切蛋糕的刀刀身窄，通过调查，发现人们对这个问题都不太了解，只是人们的一种定向思维，是不是 这个问题 太神秘呢？下面我们做了一个实验， 发现：用菜刀切出的蛋糕轮廓模糊，而用水果刀切出的蛋糕形态美观。这
30、是为何呢？我们研究了一下：由于蛋糕质地较软，而菜刀的质量大于水果刀，因此 惯性就大，因而切 时就不好把握刀身。综上所述：（1）刀身窄的刀易于割，比如割肉等有韧性的物体；（2）刀身宽的刀易于切，比如，切黄瓜等比较脆的物体。通过以上实验，我们可以总结出以下结论：要切西瓜、黄瓜等较脆的东西宜用宽刀，要割肉等有韧性的东西宜用窄刀；要削苹果、切生日蛋糕宜用窄刀切比较适用合理利用刀上的学问服务于我们的生活，只要我们大胆创新，勇于实践，我 们会从生活中得到更多的知识，让我们的生活更方便。B：刀身宽窄不同，用处不同。刀把长短不同又会有什么不同的使用呢？请听第五组同学 G 的报告“刀把的长短”同学 G 做报告（
31、节选）：留心观察，我们发现这些刀的刀长短不一。下面是几种刀的刀把的长度数据表：刀形 刀把长 刀形 刀把长 结论水果刀 8.6 cm 砍刀10.1 cm普通菜刀 9.2 cm 裁纸刀12.5 cm水果刀的刀把最短，裁纸刀的刀把最长，砍刀的刀把较长 ，普通菜刀的刀把较短。这些刀的刀把为什么长短不一呢？下面就让我们用物理知识加以分析和解释。实际上，刀把并一定是指用手握的那部分；事实上，在刀上面以人手来维持刀旋转的一个点（即支点）与动力点之间的一部分才是刀把，刀把可以与刀身同长，可以与手握的那部分同长等等。我们分别以裁纸刀和普通菜刀作了以下研究：用同样大小的刀来划一本书，发现在下列情况下所划破的纸张的
32、张数有不同，数据如下：刀 形支点位置刀片划纸的部位与支点的距离（cm）纸张页数用刀时的感受11.6cm 8 手不稳定，左右晃 动6cm 12 比较稳定裁纸刀1cm 15 很轻松19cm 5 感觉吃力9cm 8 较容易普通菜刀都处在刀口与刀把的分界处0.5cm 13 很轻松通过上表可以看出：刀划纸的部位离支点的距离越大（即阻力臂大于动力臂），人感觉到很吃力，裁开纸的张数也很少，说明阻力小于动力，又根据力矩平衡原理：M 合 =0 可知：NL N+FLF=0，因 为 LNLF，可以得到：NF，又纸对刀的弹力 N 与刀对纸的压力 N/是一对作用力与反作用力，这样 N/F。同一把刀锋利程度一定，刀对纸的
33、压强与正压力成正比，当 F 一定时，N /N/，刀 对纸的压强 P/P/，所以，刀与 纸的接触部位与支点的距离越小时，裁开纸的张数就越多。根据调查显示，大多数人在用力切不同物体时，用法都不同。用刀口约为 40cm 长的刀切西瓜时，一般以左手按住刀口的顶端，右手下按刀把。用刀口长约 10cm 长的刀切西瓜时，先把刀插入西瓜内，再按住刀柄，划破西瓜，这些用法一般都是以刀身长为动力臂，这样增加了动力力矩，切开省力些。人 们在切质地比较硬的东西时，一般用刀口较短的刀，比较容易划动，这是因为动力力矩大于阻力力矩，要切 动硬质物体所需的压强一般较大，阻力也就较大，这样阻力力矩也就大，增加了 动力力臂，就可
34、以减少动力，在使用过程中就比较省力。但在现实生活中，人们往往不会是为了省力才制造长短不一的刀把，比如雕刻家用的雕刻刀，刀把比刀口短得多，雕一片小东西并不需要很大的力，但为了方便，却把刀把做得很短，这是为了用一个较大的位移来控制一个较小的位移，这样，就会更精确，不会“走刀”。相反，劈柴用的斧头，实际刀口比刀把短得多，这样，用一个较小的位移来控制一个较大的位移，显得更方便，劈柴也不需要精确。刀把的长短一般由其灵活性和切割的物体的硬度大小有关，所以，在用刀时，质地较硬的物体选刀时刀把要长；质地较软的物体选刀时刀把要短；精确用力时，刀把要短，粗略用力时，刀把要长。综上所述， 选好合适的刀把对于方便用刀
35、有很大意 义。A：说到这里，刀的各个部位的构造，同学们都有了一定的了解，但不要忘记了刀的一个最基本而又最容易感觉到的问题刀的质量。下面就请大家听听同学 H 的报告。同学 H 做报告（节选）：在日常生活中，人们不可避免地要使用各种各样的刀，但刀的质量各有不同，砍刀的质量大，水果刀质量小，菜刀居于两者之间，这其中究竟有什么不同呢？首先，我们进行了一个“刀的使用情况”的调查。1.24 人（37.5%）认为：刀的质量大小与所切物有关2.6 人（9.4% ）认为：刀的质量大，惯性大，切物体更容易3.13 人（20.3% ）认为：刀的质量小、轻巧、灵活被调查 64 人4.21 人（32.8%）认为：质量适
36、中的刀手感好质量不同的刀究竟有何不同？让我们来做一个实验：我们让三把质量不同的刀从相同的高度自由落下，切同样 一个红薯。种类 质量 m 锋利程度 切入的深度 h水果刀 32.8m 最锋利 0.46mm菜刀 450g 锋利 28.66mm砍刀 750g 钝 32.90mm刀口很锋利的水果刀切入红薯却最浅，这是什么原因呢？再来看表中数据，我们发现：水果刀的质量最小，分析后得到：刀的质量大， 惯性大，运动状态难以改变。再让我们用牛顿第二定律来分析一下刀在空中以及切入物体后的受力情况以及加速度、速度。当刀从相同高空自由落下时，刀以重力加速度 g 加速运动。它接触到物体时的瞬时速度 ， 当刀接触物体后的
37、合力 Fa=fmg这段时间内刀的加速度则刀在物体中的位移因此，在我们控制高度 h 和刀所受阻力 f 不变时，刀切入物体的深度随刀的质量增大而增大。因此，我们可以得出：切相同的物体，切的 质量越大，使用起来就越省力。但是，在日常生活却没有用砍刀来削苹果，而且在前面的调查中，有超过 1/3 的人就认为“ 刀的质量大小与所切物体有关”，是不是我 们分析中出现了解什么差错呢？因此，我们又一次分析了一下物体的受力情况：由牛顿第三定律得到：刀受的阻力 f 等于刀对物体的力 F，所以因为刀切物体中动物的时间都约为 0.1s，我们假设这个时间恒定为 0.1s，所以在我们控制 h 相同时，刀对物体的力 F 随质
38、量的增大而增大，amgf图 7v因此，我们可以准确地得出：刀的质量越大，使用 时越省力，但有时使用省力，切出的物体却不能达到最好的效果。因此，有人往往会随物体的不同来选择质量不同的刀。A：上面六位同学从六个不同的侧面反映了刀的有关知识，并用物理知识分析解释了刀的外观特征，例如：第一组的报告“刀口的锋利程度（钝与锐）”：应用压力在面积上的作用效果压强予以解释；第二组的报告“刀口的锲形程度和刀身的扁平程度”：应用了力的分解，即小力产生大分力解释锲形程度，应用切割食物力的大小和功能解释扁平程度，如剁骨头要用砍刀，砍刀的刀身较厚。第三组的报告“刀把的长短”：应用力矩平衡小位移产生大位移，（大位移产生的
39、力大）等知识来分析。第四组的报告“力的平整与锯齿形”：应用摩擦力、力的分解等知识来解释。第五组的报告“刀的宽窄”：应用刀的质量、惯性、使用灵活程度来解释。第六组的报告“刀的质量”：应用惯性、加速度、牛顿第二定律等知识来解释。到现在，同学们在理论上对刀有了比较全面的认识，那么，同学们的实践能力怎样呢？下面就进入我们的第二个环节“实际操作比赛”。我身后有各种食物，还摆着一排各种各样的刀具。等会儿，我将让三个同学来操作表演，另外叫三个同学给他们记时，每一次操作比赛自己选择刀具，完成规定相同的内容。下面谁自愿上来表演，把手举高点。（同学们很积极，举手的人很多，点了六个同学）I、J、K 你们三人参加操作
40、比赛，L、M、N 三位同学负责记时。现在，第一个操作比赛内容划馒头。要求像街上的糕点师做得的烤馒头那样，划痕均匀且深度适中。开始！（场面很激烈，同学、老师满面笑容，操作的同学干得很起劲。）好，都划完了，下面请教研室甲老师来点评。老师甲：看了大家的表演赛，很激动，也很高兴！首先，大家的热情很高；其次，看比赛过程，两位同学选择刀具正确，即选择了锋利且轻便的刀具，操作过程用力适当；从结果来看，同学 J 和同学 K 划得均匀，深度也适中，可以当面包师了。A：大家看好了，下面要做的是削苹果比赛。最好皮不要削断，现在开始！（场面很激烈，有的同学和老师都站起来了。）下面请乙老师点评。老师乙：我仔细观察了一下
41、，有两位同学是选择的水果刀，有一位同选择的是普通菜刀。显然，削苹果的刀具要求质量小，刀身窄而灵活性强。从削片的质量看，同学 I 操作麻利，皮是一整块，用力适当。A：比赛进入第三个环节，切冻肉比赛。要切成片状，不大不小。准备好了，开始！（场面激烈，气氛活跃），切完了，让我们请丙老师点评。老师丙：大家观察到，三位同学选择了三把不同的刀具。同学 J 选择的是砍刀，同学 K 选择的是普通菜刀，而同学 I 选择的是锯齿刀。因为冻肉较硬，切片时，需要较大的力。从操作的结果看，选择砍刀的同学很快就完成了任务，由于砍刀质量大，使用时对被切物品力较大，可以说省时有省力，但切片很不均匀，极不美观。选择普通菜刀的刘
42、路同学，操作很困难，刀具选择不当，任务没有完成。选择锯齿刀的同学I，切割时不慌不忙、有条不紊，切片美观均匀，但由于锯齿刀要来回拉动，很费时，任务没有完成，却很省力。A：下面就进行最后一项操作比赛，剁排骨。大家知道，排骨很硬的，要用点力。现在开始！（场面非常激烈，气氛活跃）好，请丁老师点评。老师丁：很高兴能与大家共同讨论“菜刀上的力学知识”。其实，排骨大家都不陌生，很多同学最喜欢吃。怎样剁排骨呢？首先是选刀，质量大的刀具较好，另外刀身要厚，防止“起卷”。同学 J 选这的是砍刀，力气也大，完成任务最出色，但还是有少许损耗（有碎末）；刘路同学选择的是锯齿刀，也能切动排骨，只是较费时间，也有极少的骨头
43、碎末。同学 K 选择是普通菜刀，刀具选择得不太理想，加之女同学力气小点，完成任务很困难。A：看来同学们的实践能力比理论知识还是逊色一点。不过还是很有潜力，其实只有理论与实践相结合才能让知识服务于生活。最后，让我们进行答辨环节。发言的六位同学来准备迎接挑战，有问题的老师和同学考考他们！提问 1：如果使用砍刀削苹果，会有什么现象，请根据大家的研究猜测。同学 F 回答：肯定能够削苹果，但是，花费的时间较长，操作不方便，切面也比较粗糙，回答完毕。（掌声响起）提问 2：通过这次研究性学习活动，你们有什么感受或收获？同学 D 回答：通过研究性学习这一活动，不仅使我们能从只会通过课本获取知识的单一的模式中走
44、出来，也检验和培养了我们许多能力，得到了要细心体会生活，观察生活，多思考、多提问的启示。同学 G 回答：原来在菜刀的世界里，也有这么多的学问，只要我们留心观察，认真分析，其实科学就在我们身边。通过学习研究，增强我们观察分析的能力，我们今后回更加努力探索生活中科学的奥秘。同学 C 回答：这次活动不仅使我们学到了课本内外的知识，还培养了我们刻苦认真，持之以恒等科学品质。提问 3：研究菜刀上某一方面的力学知识，这肯定集体共同研究的成果，你们有过失败吗？失败后是什么心态，怎样调整的？同学 E 回答：当其他小组的研究已经有了成果时，我们的研究还没有任何进展，我们很着急。当时，我们并没有相互埋怨，而是都坐
45、在一块，研究具体的方案和人员分工。只要相互合作，有了团队精神，很快我们也拿出了研究报告，当老师对我们的研究报告点头的时候，大家都非常高兴。（结束语）B：活动进行到这里，就接近尾声了，让我们再次感谢各位同学的参与，感谢各位老师的指导。A：有研究就有学习，有学习就有研究。B：有研究就有知识，有研究就有乐趣。A：这次研究活动，同学们充分体会到了它的乐趣。A：当然，我们更希望今后多一些研究，多一些合作，希望它能够频繁地走进我们的学习生活。B：最后让我们在热烈的掌声中结束这次课吧，谢谢各位老师的光临，谢谢各位同学的参与。菜刀上的力学知识 对学生进行小课题研究的思考时间：2006 年 12 月 26 日
46、17:51出处：顺义区第三中学张羽燕 作者：shunyi菜刀上的力学知识对学生进行小课题研究的思考北京市顺义区第三中学 张羽燕内容提要：在学生中开展课题研究，可以把学生置于一种动态、开放、主动、多元的学习环境中，从而挖掘学生的各种潜在能力，激活创新意识，为各层次学生的发展提供了较大的空间。本文通过对课题研究菜刀上的力学知识的分析与反思，介绍本次活动的组织形式、活动方式及对研究成果的分析与评价等问题。研究过程几乎用到了学过的全部力学知识，在研究方法上，用了观察法、比较法、分析法、实验法，不少同学设计了在控制变量条件下的实际操作，用不同的刀分别切水果、肉、冻肉、面包、排骨等，记录其省力或费力的程度
47、，比较优劣，并对实验结果进行初步的误差分析。通过课题研究，使学生从一般的认知技能开始向较高层次的“综合能力”转化。在活动中，我对学生的课题研究成果采用定性评语与定量记分相结合的评价方法，为了鼓励研究过程有独创性的同学，还设立了附加分。关键词：菜刀 力学知识 实践活动 评价方式一、问题的提出现行物理教学过多地注重传授知识，忽视了过程与方法以及情感、态度、价值观的培养，使学生会做不懂，对物理知识只有表象化的认识。针对这种现状，我进行了深入地思考，大胆地进行了教学尝试，把生活事例和物理结合，让学生进行小课题研究，收到了很好的效果。课题的选取既要贴近学生生活，又要考虑学生的能力。一个星期五的中午，班长
48、用卖矿泉水瓶的钱买了五个西瓜，李亚朝用西瓜刀给同学们切西瓜，切完一个西瓜后，他忽然问大家：西瓜刀和菜刀有什么区别？有的同学说，西瓜刀比菜刀窄；还有的同学说，西瓜刀更锋利。李亚朝举起西瓜刀说：西瓜刀是楔形的，而菜刀是长方形的。同学们的兴致被调动起来了。我马上对学生平时是否经常使用菜刀做了调查，结果是：经常使用的仅占 2%，几乎不用的占 25%。菜刀是学生生活中常见的工具，其中涉及很多物理知识，所以，我决定在学完力学知识后让学生搞一次“菜刀上的力学知识”的课题研究。二、课题研究过程（一）活动的开展第一阶段：准备和指导我介绍了本次课题研究的意义（菜刀是我们日常使用的简单工具，其中涉及很多力学知识。）
49、并布置了课题“菜刀上的力学知识”，同时展示了四把常用的菜刀普通菜刀、西瓜刀、剁骨刀、锯齿刀，让同学们讨论从哪些方面去研究。有的同学提出从外形、构造上去分析，有的同学提出从功能、用途上去探究，有的同学指出探究使用过程中涉及的物理知识。讨论之后我明确了本次课题研究的任务，一是认真观察各种菜刀的外形，发现其形状、构造上的特点，从静力学的角度去研究；二是结合菜刀的功能和用途，对菜刀使用过程中的情况进行分析，从动力学的角度去研究。为了有效开展活动，我结合学生各方面的能力，以八名同学为一组，设立了六个“课题小组”，并通过自我推荐结合民主选举的方式确立了六个组长。接着提出了本次活动的注意事项：在研究过程中一定注意安全，使用菜刀进行实验探究时必须有老师或家长陪同。然后我让每个小组的成员坐在一起商议制定研究计划。每个同学都像决策人一样，开始筹划设计研究方案，大家各抒己见，每组都设了专人负责记录。之后，各组选派代表宣读了自己的研究计划。我要求各组再研究修改一下自己的计划，写出一份详细的研究计划，第二天下午放学前交给我，内容要包括小组负责人、小组成员、研究地点、材料、信息的来源、研究内容、研究方法等。当晚我便把进行课题研究这件事通知了家长。各组制定
