華北油田第五中學張麗偉
指導教師：張麗偉
組長：白超平
課題組成員：李暢、肖麗丹、王川、薛曉蒙、
孫淼、張航、黃來君
幻燈片製作：白超平、張航、黃來君
年級：高二
主導課程：物理
（設問：）有的同學會問，我們為什麼選這個題目呢？
（答：）因為菜刀與我們的生活密切相關，了解菜刀並掌握菜刀的使用是生活實踐能力的一種體現，同時就菜刀本身而言，無論是菜刀的材料，還是菜刀自身的結構特徵或是菜刀的使用過程，無不與力學知識有關。在生活中，經常出現用普通菜刀剁骨頭的現象，不但費時，費力，還會極易卷刀口或造成其它不必要的傷害，或用普通菜刀切冷凍肉，困難很大。
以菜刀為題材，研究其中的力學道理，充分地體現了物理與生活實際的聯絡，對提高我們的理論聯絡實際的能力以及實踐分析能力都大有裨益．
我們研究這個課題的目的及意義是：解決人們在使用刀具時的弊端，以及掌握如何正確使用刀具的方法；加深對物理知識的了解，激發我們學習物理的興趣
研究內容：研究各類刀具的長度、厚度、寬度、質量、鋒利程度、外形、刀把長度以及材料，分析討論不同刀具在不同運用中的力學關係，並且運用物理知識加以解釋。
任務分工：
執筆：白超平 ；
採訪資料：組員分為三個組，第一組：白超平、李暢、肖麗單；第二組：孫淼、薛曉朦；第三組：王川。
幻燈片製作：白超平、張航、黃來君。
研究方法及步驟：
（1）資料收集階段：
到商場、菜市場、飯店、圖書館、網際網路上獲取一些有關刀具的資料，並走訪屠夫，了解他們對刀的認識；
（2）實際研究階段：
請教父母和廚師，並親手實驗，做深入調查研究。
（3）理論討論階段：
在實驗的基礎上整理資料，得出結論
一、 蒐集資料的過程
在資料蒐集過程中，我們分三個組分頭行動，到商場檢視各種刀具，到菜市場採訪賣肉、賣水果、賣熟食等等，遇到了好多好心的人，但也遭到許多白眼。可謂酸、甜、苦、辣具全。下面我將我們的採訪資料向大家進行展示。
請看螢幕：
通過對資料的整理、分析，並結合實驗，我們得出結論。下面向教師和同學們展示我們的研究成果。
二、研究結果
首先請高二七班的張航同學介紹：菜刀的結構、種類、特點及用途
1、菜刀的結構
同學們請看螢幕，菜刀由哪幾部分組成？
菜刀主要有刀身、刀刃和刀把三部分組成
2、菜刀的種類、特點以及不同用途
市場上提供的菜刀的種類繁多，通過走訪刀具市場、菜市場、飯店等處，初步了解到與我們生活密切聯絡且使用頻率較高的菜刀主要有以下幾種：普通菜刀、水果刀、帶鋸條的鋸齒刀、剁骨刀等．這些刀具的外觀、材料、用途、重量、長短都各不相同．
請看圖表：
下面有請白超平同學為我們繼續講解：菜刀中的力學知識
3、菜刀中的力學知識：
1．力的合成與分解原理
力的合成與分解滿足平行四邊形定則
2．壓強的原理
壓強的公式可以表示為，在壓力f一定的條件下，壓強p與受力面積s成反比．
a）刀刃：刀刃的截面是三角形且刀尖非常的銳利，即三角形的頂角θ很小，當我們使用菜刀切削食物，給刀刃施加作用力f時，首先，這個力作用在食物上，對食物產生很大的壓強，從而把食物割開；同時這個力會產生兩個效果，這就是使刀刃的兩個側面推壓食物，把物體切開，應用力的合成和分解的知識可知：
如圖所示，垂直側面的兩個作用效果可以用f1和f2表示，為作用力f的分力．若刀刃的截面是等腰三角形，根據力的平行四邊形定則可知，f1＝f2=f。
因此，θ越小，刀刃越鋒利，受力面積越小，同時對刀刃的兩個側面對食物產生的較大，菜刀越容易切削物體，我們磨刀的目的就是減小刀刃的頂角。但不足之處，刀刃越鋒利，刀刃的強度和剛性會相對減弱．
3．力矩的平衡原理（槓桿原理）
當菜刀切蔬菜時，刀的最前緣作為支點．當力ｆ作用在刀把上時如圖所示，此時的動力臂為ａｃ，同時，物體給刀阻力ｆ』，阻力臂為ａｂ可以明顯的看出，ａｃ＞ａｂ，所以動力臂大於阻力臂，槓桿省力，易於切菜
例：屠夫經常用來剁肉的肉斧的刀身是圓形的，家用的剁骨刀或切凍肉的刀前端上翹，如圖。為什麼做成這樣的形狀呢？
如用刀面是矩形的刀剁骨頭，當刀的前端接觸骨頭時，手會感到刀把向下震，如圖1；當刀的後端接觸骨頭時，手會感到刀把向上震，如圖2；有那麼乙個位置，刀上的這一點剁到物體上時，手感十分輕鬆．這是因為繞軸轉動的任何物體都存在乙個「打擊中心」，當力的作用線通過「打擊中心」時，轉動軸所受的「打擊」作用力為零．
屠夫經常用來剁肉的肉斧的刀身是圓形的，這是為了在剁肉骨頭時，不管刀的哪乙個部位與肉骨頭接觸，都能保證，肉骨頭對刀的作用力基本上通過以刀柄為轉動軸的「打擊中心」（o點），刀的轉動作用較小，這樣就可以減小剁肉時刀對手的作用．
4．動量定理
物體所受合力的衝量等於物體的動量變化，這個結論叫做動量定理，用公式表示為 f合t＝mv末一mv初=m△v或f合t=p末一p初=△p
從動量定理中可以得出：
（1）f合＝m△v/t,在質量相同的條件下，速度變化越大且作用時間越短，產生的作用力越大。
（2）f合＝m△v/t,在速度變化和作用時間相同的條件下，質量越大，產生的作用力越大。
例如圖4，刀揮動的越快，刀獲得的速度越大，與食物接觸的速度變化越大，作用時間越短，產生的作用力就越大，越容易將食物切開。
如圖5，刀揮動的快慢相同，質量越大的產生的作用力越大。
5．功的原理及功能原理
功的公式：w=fs
動能定理：w總=△ek
例如：剁骨刀在使用過程中所體現的力學知識．
將刀提起一定高度，需要對刀做功，刀越重，被舉得越高，刀獲得的重力勢能就越多，我們消耗的體力和能量就越多，人就越容易疲勞．
為了能很快剁開骨頭，我們並不是讓刀自由下落，在刀具下落的同時，給刀施加乙個作用力，對刀做功，這樣當刀與骨頭接觸時就能獲得很大的速度．根據功能關係，我們對刀作功越多，刀獲得動能就越多，刀口與骨頭的作用時間越短，根據動量定理可知，刀口與骨頭之間產生的作用力越大，效果就越明顯．
問：是否刀且的使用，質量越大的越好呢？為什麼刀具形狀多種多樣呢？
答：這些刀的形狀、質量是由它們的用途決定的．對於肉刀，因為要切肉，同時，還要剁肉骨頭，所以需要質量較大的刀，當菜刀以一定的速度去切肉或剁肉骨頭時，質量大的菜刀就會對食物產生較大的作用力，從而達到切削食物的目的．而對於水果刀，切割的是水果，相對較脆，切削時不需要很大的作用力，所以質地較輕的水果刀慣性小、容易操作．
總之，通過以上的分析，讓我們清楚在刀具的使用過程中，恰當的選擇刀具，既省時、省力、又能保護刀具不受損壞。如果用普通的菜刀剁骨頭或用普通菜刀切冷凍肉，不但費時，費力，還會極易卷刀口或造成其它不必要的傷害。若用剁骨刀切菜，更是事倍功半。
下面有請高二七班的薛曉朦同學談談我們這次研究性學習的體會。
（白超平、張航、黃來君、薛曉朦上台謝幕）
研究性學習心得體會：
在開放的情境中主動探索，親身體驗，在愉快的心情中自主學習，提高能力，我們在研究性學習中不斷收穫，得到鍛鍊，提公升自我。這是我們對本次研究性學習的真實體會。通過本次研究性學習，我們總結了以下幾條經驗。
首先，要明確目標，準備充分。明確知道自己想調查什麼，具體物件是誰，調查的目的和意義是什麼，採用的方式是什麼，只有做到這些，才能在實際調查中有理有據，台魚得水，取得好成績，收到好的效果。
其次，要有團結精神，合作至上。研究性學習是一項龐大的工程，單傾憑乙個人之力是無論如何也無法完成的，這時候，我們需要的是合作，是整個團隊，是大家共同努力，因此，團結精神是取得這次研究性學習的前提條件。
第三，理論與實踐相結合。有了前面兩點的保證，最重要的就是實踐。實踐的過程是乙個認知的過程，我們的研究性學習的題目是「菜刀上的力學知識」，組長將組員的任務分配下去，收集資料的方式有很多種，可以上網查閱，翻閱書籍，由一們同學負責製作幻燈片。
這次研究性學習使我們體會最深的，就是組員們利用週日到實際生活中蒐集資料，我們去了菜市場、超市、飯店等場所，拍攝了各種型別的刀的**，我們所展示的都是自己的勞動成果，從實踐中，真正體會到了快樂。
在這次研究性學習中，我們每個組員都體會了團結協作的重要性，也許呈現給大家的並不是十分完美，但重要的是，通過這次研究性學習，我們收穫的是能力，提公升的是自我，得到的是鍛鍊，這將會為我們今後的學習積蓄力量。
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