“菜刀上的力学知识”课题研究

课题研究案例菜刀上的力学知识1【精品文档-doc】课题研究案例——菜刀上的力学知识1一、活动的开展当学生学过了有关“静力学”、“运动学”的内容后，布置了“菜刀上的力学知识”课题研究。

活动分以下三个阶段进行:第一阶段(准备和指导):安排了一节课，介绍开展课题研究的意义、大致过程和注意事项，然后将课题布置给学生，同时展示四把常用的菜刀。

第二阶段(设计方案、开展研究):让学生外出收集材料，观察各种刀具，进行猜想、设计，然后动手进行实验，开展研究，得出自己的结论。

在此基础上，写出具有一定质量的研究报告。

结果，经过半个多月的课外活动，学生均以课题研究报告的形式上交了他们的研究成果。

第三阶段(评价、交流):在教师阅读研究报告的基础上(从中发现学生使用的方法、研究的成果)，组织学生进行交流。

二、学生的研究从研究的成果来看，多数学生根据菜刀的形状(静态的)进行力学分析，也有少数学生是对菜刀使用过程中的情况(动态的)进行力学分析的。

综合学生的研究成果，对菜刀(学校展示的普通菜刀、剁骨刀、西瓜刀和锯齿形刀)的外形，学生通过观察比较，一般可以抓住以下几个特征，并用相关的力学知识加以解释。

i. 刀口的锋利程度(钝与锐)，应用压力、受力面积和压强之间的关系予以解释;ii. 刀身的锲形程度，应用力的分解，以小力产生大分力予以解释;iii. 刀柄的长短，应用力矩平衡予以解释，但在支点的确定上有多种意见(认为在刀的最前端、刀尖的中间某点、刀把上、手腕上);iv. 刀口的平整和锯齿形，应用摩擦、力的分解等解释;v. 刀的扁平程度，应用切割物体时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，一般做的较扁平，而剁骨的刀，若如此，极易卷口，故一般都比较厚;vi. 刀的质量大小，当菜刀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较大。

从以上分析中可以发现，学生几乎用到了学过的全部力学知识，像力的分解、力矩、牛顿第二定律、加速度定义、摩擦力等。

研究性学习菜刀中的力学知识力学是物理学中的一个重要分支，研究物体在力的作用下的运动和静止状态。

作为生活中常见的日用品之一，菜刀可以成为力学知识的一个实例。

在本文中，我们将探讨菜刀中的力学知识，包括菜刀的结构、重心、测量以及运动原理等。

首先，菜刀的结构可以帮助我们理解力学中的一些基本概念。

菜刀通常由刀柄和刀身组成。

刀柄为刀的握持部分，刀身为刀的切割部分。

在力学中，刀柄可以视为一个杠杆，刀身则是杠杆的负载。

杠杆是力学中重要的研究对象之一，它在物体的运动和平衡中发挥着重要作用。

其次，菜刀的重心是力学中的一个重要概念。

重心是指物体所受重力的合力作用线通过的点。

对于菜刀来说，重心通常位于刀身和刀柄的连接处附近。

重心的位置会直接影响菜刀的平衡性。

当刀身和刀柄的重心对称时，菜刀处于平衡状态；而当重心偏离刀身一侧时，菜刀就会倾斜或倒下。

因此，在使用菜刀时，我们需要掌握保持菜刀平衡的技巧，以确保刀身在切割过程中的稳定性。

菜刀的测量是力学中的一个重要实践，可以帮助我们理解测量原理和技术。

在制造菜刀时，我们需要测量刀柄和刀身的长度、宽度以及厚度等参数。

这些测量参数可以帮助我们了解刀的结构和性能，并在生产过程中进行质量控制。

此外，在使用菜刀时，测量菜刀与切割物的角度和距离也是重要的技术要求。

准确的测量可以提高切割的效率和安全性。

菜刀的运动原理涉及到动力学和运动学的知识。

动力学研究物体运动的原因和规律，而运动学研究物体运动的方式和轨迹。

在使用菜刀切割食材时，我们可以观察到切割过程中刀身的快速运动。

这涉及到动力学中的力和加速度的作用。

此外，通过观察刀身在空气中的运动轨迹，我们可以应用运动学的知识来研究刀的速度和加速度等参数。

总结起来，菜刀中的力学知识涉及到杠杆原理、重心测量、运动学和动力学等方面。

通过深入理解菜刀的结构、重心、测量和运动原理，我们可以更好地利用菜刀进行切割操作，提高切割的效率和安全性。

此外，掌握菜刀中的力学知识，对于进一步了解和应用力学原理也具有重要的意义。

“菜刀上的力学知识”课题研究岔口中学王瑞珍：6092005一、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，并进行了教学尝试，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。

一天下午，班长买了三个西瓜，用西瓜刀给同学们切西瓜，切完一个后，他问大家：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。

班长举起西瓜刀说：西瓜刀是楔形的，而菜刀是长方形的。

同学们兴致被调动起来了。

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”课题研究。

二、课题研究过程1、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。

）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、剁肉刀、锯齿刀，让同学们讨论从哪些方面去研究。

讨论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、结构上的特点，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选举的方式确定了六个组长。

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。

然后每个小组的成员坐在一起商议制定研究计划。

之后，各小组选派代表宣读自己的研究计划。

修改后写出一份详细的研究计划。

容包括小组负责人、小组成员、研究地点、材料、信息的来源、研究容、研究方法等。

并及时通知家长。

第二阶段：设计方案，开展研究我让学生在课外收集各种菜刀。

面对形态各异的菜刀，同学们认真观察，潜心思考，热烈讨论。

菜刀上的力学知识1 〖前言〗物理是在生活中不可缺少的一门学科，无论什么地方都有物理知识的运用，就连厨房中的菜刀也不例外。

A.菜刀是如何组成的？B菜刀的设计原理是什么？C如何方便快捷的使用菜刀？带着这几个疑问，我进入到对菜刀的研究学习中，希望从菜刀这个生活中的平常事物中挖掘到物理不平常的一面。

2 〖关键词〗菜刀，力学，省力3 〖分析〗A菜刀的结构通过对下图的观察我们可以发现菜刀由刀柄、刀背、刀膛、刀刃、尖劈角五部分构成。

而刀背、刀膛、尖劈角因功能不大可视为刀身这一整体。

1）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θ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，刀刃的截面可视为等腰三角形，根据力的平行四边形定则可知F1=F2=F/2cosθ。

因此，θ角越小，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，故菜刀使用一定时间后刀刃易弯折，此时θ角增大，所以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，刀身呈圆弧形，且非常厚实，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，所以需要质量较大的刀，当菜刀以一定速度去切肉时，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。

3）刀柄刀柄连接手与刀身，是力的作用点。

根据杠杆原理Fl·L1=F2·L2。

即：动力×动力臂=阻力×阻力臂，省力就要费距离，费距离就可以省力。

菜刀上的力学问题1. 有关课题的研究背景一提起"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、削食物。

菜刀是我们日常生活中的必备工具，然而，你知道吗?在这个看似普通的用具里蕴含了丰富的力学知识．2. 研究的意义与目的意义：知道菜刀上的力学知识目的：更好的了解菜刀，了解上面的力学知识3. 研究课题的主要内容菜刀的结构与试验4. 研究的试验计划在厨房用菜刀切东西，从而来了解菜刀3.实验我了解了菜刀的结构：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θ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，θ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，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。

研究性学习－－---菜刀中得力学知识华北油田第五中学张丽伟指导教师:张丽伟组长:白超平课题组成员：李畅、肖丽丹、王川、薛晓蒙、孙淼、张航、黄来君幻灯片制作:白超平、张航、黄来君年级：高二主导课程：物理(设问:)有得同学会问,我们为什么选这个题目呢?(答:）因为菜刀与我们得生活密切相关,了解菜刀并掌握菜刀得使用就是生活实践能力得一种体现，同时就菜刀本身而言,无论就是菜刀得材料，还就是菜刀自身得结构特征或就是菜刀得使用过程，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得现象，不但费时,费力,还会极易卷刀口或造成其它不必要得伤害,或用普通菜刀切冷冻肉,困难很大。

以菜刀为题材,研究其中得力学道理,充分地体现了物理与生活实际得联系,对提高我们得理论联系实际得能力以及实践分析能力都大有裨益．我们研究这个课题得目得及意义就是:解决人们在使用刀具时得弊端,以及掌握如何正确使用刀具得方法;加深对物理知识得了解，激发我们学习物理得兴趣研究内容:研究各类刀具得长度、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得力学关系,并且运用物理知识加以解释。

任务分工:执笔:白超平;采访资料：组员分为三个组,第一组：白超平、李畅、肖丽单;第二组:孙淼、薛晓朦;第三组:王川。

幻灯片制作:白超平、张航、黄来君。

研究方法及步骤:(1)资料收集阶段:到商场、菜市场、饭店、图书馆、互联网上获取一些有关刀具得资料,并走访屠夫,了解她们对刀得认识;(2）实际研究阶段:请教父母与厨师,并亲手实验,做深入调查研究。

(３)理论讨论阶段:在实验得基础上整理资料,得出结论一、搜集资料得过程在资料搜集过程中,我们分三个组分头行动，到商场查瞧各种刀具,到菜市场采访卖肉、卖水果、卖熟食等等，遇到了好多好心得人，但也遭到许多白眼。

可谓酸、甜、苦、辣具全。

下面我将我们得采访资料向大家进行展示。

请瞧屏幕:通过对资料得整理、分析,并结合实验,我们得出结论。

菜刀是人们日常生活中不可缺少的一种工具，其用途相当广泛。

人们在设计、使用和维修等方面都涉及力学知识。

一、菜刀在设计上的力学原理。

1、设计时要考虑压强问题。

任何物体能够承受的压强都有一个限度，超过这个限度物体就会被压坏或陷入其中。

因此要使菜刀切入物体就必须使菜刀对物体的压强大于物体表面所能承受的最大压强。

由公式P=F/S得：在用力较小的情况下，可以通过减小刀口与物体的接触面积来增大菜刀对物体的压强。

从而在设计时要求刀口薄、刀刃锋利。

2、设计时要考虑力的分解原理。

如图、设刀背宽为d、侧面长为L、刀口两侧面之间的夹角为α、当用力向下压菜刀时，菜刀给菜两边的侧压力为FN、根据力的分解法则和相似性（力三角形和几何三角形）原理有：得：，由于.因此，即两刀口之间的夹角越小，刀身越窄（即刀越簿），用较小的力就可以产生较大的侧压力，将植物的纤维压断，因而菜刀的刀刃越薄越好。

3、设计时要考虑摩擦问题。

切菜时，当菜被向两侧挤压时，刀的侧面和菜的断面发生相对滑动，于是菜刀受到斜向上的滑动摩擦力，这两侧的滑动摩擦力将阻碍着刀的向下运动，因此，菜刀的侧面越光滑，动摩擦因素越小，菜刀受到斜向上的滑动摩擦力越小（阻力），切菜越容易。

4、设计时要考虑菜刀的质量和材料。

使用菜刀时，为了省力。

因而要求菜刀的质量小、重量轻。

结合菜刀的经济价值、机械性能(为便于打造和维护，要求制成菜刀的材料具有良好的延展性和坚韧性)以及密度和硬度等要求，通常选用金属材料铁(钢)。

二、菜刀在使用上的力学原理。

根据菜的种类和性质，菜刀有不同的用法。

归纳起来不外乎有四种用法：压入式、冲击式、拉动式和转动式。

从而涉及的力学知识就有所不同。

1.压入式使用方式。

如切萝卜片和打豆腐块等，使用时只需用不大的力直接将菜刀压入即可。

这是由于这一类物体表面所能承受的最大压强较小的缘故。

2.冲击式使用方式。

如肉类有较好的弹性和韧性，排骨坚硬，这类物体表面所能承受的最大压强较大且不怕压坏，因而斩肉末时举刀略高，砍排骨时举刀较高，目的是让刀在接触物体时具有较大的初速度，从而使菜刀具有了较大的初动量，斩或砍后菜刀的末动量为零，因而动量的变化量较大，由于斩或砍时作用时间较短，由动量定理可知：物体对菜刀的平均作用力较大，根据牛顿第三定律得：菜刀对物体的平均作用力也较大，从而使菜刀对物体的压强大于物体表面所能承受的最大压强，因此能斩烂或砍断。

表1 达县第三中学研究性学习课题申报表编号：年月日课题名称菜刀的力学知识实验报告班级高三20班负责人侯健班主任侯健成员沈军马海周本纪完成时间2011.03 预期成果形式论文（）软件（）制作（）其他（√）课题目标在生活运用过程中，人们可根据实际需要，选择不同刀身长度的菜刀。

使用菜刀时，让学生明白使用刀具时所用的力学知识。

研究方法分组实验法，分组讨论相关情况分析（现状及已掌握的资料介绍）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。

指导老师意见（对课题文献研究和目标评价）指导老师（签名）年月日学校意见（盖章）年月日表2 达县第三中学研究性学习课题研究方案编号：年月日课题/项目题目:菜刀的力学知识实验报告指导老师: 侯健组长:周本纪成员:沈军马海周本纪背景:随着现代社会的发展，人们对刀具的用途越来越多，为了探讨刀具所用到的物理学知识，让学生掌握物理力学中，力的合成与分解在生产实际中的用途，让学生自己动手亲身体验力的分解目的与意义:让学生能够用所学的物理知识，应用于生产实际，提升学生的动手实践能力与创造思维能力。

目标: 让学生能够用所学的物理知识，应用于生产实际，提升学生的动手实践能力与创造思维能力。

主导学科: 物理学相关学科:具体研究计划任务分工任务责任人任务责任人搜集学习性资料小组成员分组实验各小组组长整理分析资料大组长写实验报告大组长研究方法：□文献法□调查法□实验法□制作法√其他每一阶段的主要任务和目标:第一组：实验一证明：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．第二组实验二证明：不同的菜刀，有不同的刀身，从而产生不同的作用效果。

研究性活动：菜刀上的力学知识课题研究的意义：从课题中发现问题，进行改正。

课题的研究原因：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、削食物。

所以想通过研究发现其中的问题，解决以后更好的使用。

课题理论依据：根据目前学的力的受力分析和牛顿的三大力学定律。

《高中物理必修一》课题研究目标：目前家庭里经常用的各种刀具：菜刀、水果刀、砍刀、裁纸刀课题研究内容：实验一：“刀刃的锋利程度”实验二：“刀把的长短”实验三：“刀的质量”课题研究方法：问卷调查，实验探究课题研究步骤：实验一：“刀刃的锋利程度”实验二：“刀把的长短”实验三：“刀的质量”课题可行性分析：实验用到的刀具平常人家里都有，课题所用的受力分析也比较简单。

课题研究实施计划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。

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。

列表统计如下表：不同种类的刀有其不同的使用范围及用法，下面我们以不同的实验来探究刀的不同性能。

实验一：“刀的锋利程度”首先，我们来观察普通菜刀、水果刀、砍刀的外形特点和刀身的厚薄并测量。

观察表格可知刀刃由厚到薄依次是：砍刀、菜刀、水果刀。

我们有通过实验进行比较研究。

对比实验一：使用各种刀具切土豆对比实验二：用同样大小的力去划同一本废书。

由上述实验，我们可以得到：刀越锋利，划切物体越容易，即刀口越薄，越容易切物体。

由此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。

因此，刀的锋利程度与刀刃厚薄有关。

下面我们来探究一下刀身（主要研究刀把）对于不同刀的作用效果。

浅谈菜刀上的力学原理我比较喜欢做饭，所以对菜刀比较熟悉，但以前不明白其工作时的力学原理，通过身边的力学这门课程的启发我就想是不是通过自己的搜索与学习来弄清楚它的力学原理。

选择了“刀”这个生活中常见的工具为研究对象，是希望将平时生活中的常见现象用物理学原理来解释，激发我们的对身边小事的兴趣，培养我们自主学习独立思考的习惯，训练我们参与实践，学以致用的能力。

一，如何使用菜刀才能更省力呢？1，从使用者的角度来讲：（1）菜刀的加速度越大，越容易切物体。

根据公式：F=ma。

因为菜刀的质量一定，所以加速度越大，则产生的力就越大，那么就越容易切开物体。

（2）菜刀与被切物体的接触点离刀把儿越近，则切物体就越省力，根据杠杆原理：刀切物体所用的力x力臂= 使用者用的力x力臂。

所以菜刀与物体接触电离刀把儿越近越省力。

2，从刀本身来讲。

（1）到面越光滑越容易切开物体，因为刀面光滑了，那么，刀与被切物体间的摩擦系数就减小了，由公式：摩擦力f=摩擦系数x正压力N所以，相应的摩擦力f也就减小了，以至于切物体时就更省力。

（2）刀刃的面积越小切物体就越省力。

原理是能否切开物体与菜刀对物体的压强有关，而由公式P= F/ S，当作用在菜刀上的力一定时，面积S越小，那么产生的压强越大，从而也就容易切开物体，这也就是人们经常磨刀的目的。

（3）当刀刃的两交角越小时就越容易切开物体。

原理：两刀交角越小，那么两刀对两侧被切物的作用力与竖直方向的夹角越小，那么它在竖直方向上产生的分力就越大，这就相当于增大了力对物体的作用力，以至于很容易切开物体。

二，不同用途的刀具有不同力学优点刀把有长与短，刀身有宽与窄，刀刃有锐与钝，还有带锯齿形的刀，在日常生活中它们都有其各自的用途。

如：在切蔬菜时应选择短把刀，而且还要稍重一些，这样切起来就更省力了。

因为把短的刀，动力臂大于阻力臂再加上刀重切东西时，刀本身的重力就对物体形成了一定压力，再加上人切物体时用的力压力就越来越大，压强就越大。

刀具设计力学分析实验报告1. 引言刀具是机械加工过程中的重要工具，其设计合理与否直接影响到加工质量和效率。

在刀具的设计过程中，力学分析是必不可少的一项工作，通过力学分析可以评估刀具的强度和刚度，在保证刀具稳定工作的基础上，最大限度地提高切削效率。

本实验旨在通过力学分析，对一种特定刀具的设计进行评估和优化，以期提高其强度和刚度，从而提高切削效率。

2. 实验目的- 了解刀具的工作原理和设计要求；- 运用力学知识，对刀具进行受力分析；- 分析刀具的强度和刚度，并提出优化设计建议。

3. 实验原理3.1 刀具受力分析刀具在切削过程中受到各种力的作用，其中主要包括切向力、径向力和弯矩。

刀具的强度和刚度决定了其是否能够承受这些力，因此需要对切削力进行合理的受力分析。

3.2 刀具的强度和刚度评估刀具的强度是指刀具在工作过程中能够承受的最大力，通常通过材料的屈服强度和断裂强度进行评估。

刚度则是指刀具抵抗变形的能力，主要与刀具的几何形状和材料刚度相关。

4. 实验步骤1. 根据实验要求，选择一种特定刀具，并进行刀具的几何形状测量；2. 运用力学知识，对刀具进行受力分析，计算刀具在切削过程中所受到的切向力、径向力和弯矩；3. 根据刀具的材料特性和尺寸参数，评估刀具的强度和刚度；4. 提出刀具的优化设计建议，以提高切削效率。

5. 实验结果与分析经过对刀具的受力分析和强度刚度评估，得到刀具在切削过程中所受到的切向力为XN、径向力为YN、弯矩为MN。

根据刀具的材料特性和尺寸参数计算得到刀具的最大强度和刚度为XMPa和YGN/m。

通过分析刀具的受力情况，发现在切向力和弯矩较大的情况下，刀具可能存在断裂和变形的风险。

因此，建议在优化设计中增加刀具的强度，可以选择更高强度的材料或者增加刀具的截面面积。

另外，刀具的刚度也是影响切削效果的重要因素。

刚度较低的刀具容易引起振动，导致切削表面质量下降。

在优化设计中，可以通过增加刀具的刚度，如适当增大刀具的直径或增加刀尖角度，来提高切削效果。

菜刀上的力学知识“菜刀上的力学知识”研究性学习报告张世涛设计实验伍庆鸿画图分析胡文涛整理所的结论、撰写论文蔡玮对实验数据进行分析王璇提供实验器材罗婷婷测量相关数据陈蒸子记录数据陈洁使用刀具进行试验二、实验部分1、具体实验及步骤（1）、实验一：使用各种刀具切土豆实验器材：菜刀、水果刀、砍刀、裁纸刀刀的菜刀水果刀砍刀裁纸刀种类外形矩形狭长刀刃似弧形梯形一般较薄较厚很薄刀身厚薄刀刃0.036cm0.018cm0.050cm0.008cm厚度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。

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省时较省时切割难易容易一般较难较难切片平整情况较平整较平整不平整较平整切片均匀情况均匀均匀不均匀均匀综合上述三表，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。

（2）、实验二实验器材：剁骨刀、裁纸刀、普通菜刀、水果刀、电工刀种类劈长1（mm）劈背d（mm）sinθ=d/2lθ角度数剁骨刀 2.28 2.68 0.2538 14°42′裁纸刀 1.38 0.40 0.1450 8°20′普通刀 5.10 1.54 0.1510 8°41 水果刀 3.30 1.06 0.1606 9°14′电工刀 1.44 1.18 0.4100 24°12′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。

菜刀上的力学第一课时时间：2002、9、24一、课题组成员成员：全班分成五－六人小组指导老师：高一物理备课组二、问题提出随着经济的发展，人民的生活水平不断提高，刀具作为家庭的必需用具，种类越来越丰富，但由于人们对刀具的认识还不够全面，我们使用的时候，并不一定都知道其中的奥妙，经常出现用普通菜刀削苹果的现象，不但费时，费力，有时还会划破手指或造成其它不必要的伤害，为解决以上情况所带来的不便，我们要对刀具上的力学进行研究。

日常生活中都接触到，特别是平常都使用的那些，如菜刀等。

为了了解刀具上的力学，我们特地对他进行研究，用科学的方法进行分析。

我们几乎每天都要使用菜刀，每当走进厨房时看见有几把刀，我们到底要选择哪一把刀去切哪一种东西呢？这些都值得我们去思考的，去研究的。

所以，我们所需研究的就是家家都有的菜刀和力学之间的关系。

三、研究内容研究各类刀具的长度、厚度、宽度、质量、锋利程度、外形以及刀把长度，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。

四、课题目的在这次研究学习中，我们希望能运用所学的物理知识，通过收集资料，动手进行实验，来研究刀刃的锐与钝、刀把的长与短、刀身的长与短以及宽与窄和锯齿形刀刃的利与弊等问题，从而推出有用结论，应用于实际当中。

当然更重要的是希望通过课题研究培养自己动手的能力和克服困难的毅力，提高我们自身素质。

五、任务分工：执笔：1人采访资料：2人统筹：1人网络：2人六、研究方法及步骤：资料收集阶段：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：做实验，并研究，深入了解理论讨论阶段：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；可以上网的电脑；菜刀预期成果：调研报告表达形式：文字、图片七、具体安排：第1周：确立选题，开题研究，到商场、图书馆、互联网上获取一些关于刀具的资料第2周初：进行实验，写出结论，并整理结论、理论探讨第2周末：撰写调查报告和研究学习小结菜刀上的力学第二课时时间：2002、10、8 本堂课主要进行分析研究自己做过的成果在课堂上讨论，并进行一系列的实验研究。

菜刀上的力学日常生活中，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。

菜刀中的力学知识指导教师：陈万显课题组成员：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：物理一、菜刀上的力学知识开题报告研究背景：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．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＝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＝0.合3．压强的计算压强的公式可以表示为SF p =，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f 1和f 2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，f 1＝f 2=2sin 2θFF ，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。