指南針是古代漢族勞動人民在長期的實踐中對物體磁性認識的結(jié)果，對人類的發(fā)展起著重大的作用。那么關(guān)于指南針的知識大家了解多少呢?知道是誰發(fā)明的嗎?知道當中的發(fā)明歷史嗎?下面跟隨學習啦小編一起來看看吧。

　　指南針的發(fā)明者

　　指南針的始祖大約出現(xiàn)在戰(zhàn)國時期。它是用天然磁石制成的。樣子象一把湯勺，圓底，可以放在平滑的“地盤”上并保持 平衡，且可以自由旋轉(zhuǎn)。當它靜止的時候，勺柄就會指向南方。古人稱它為“司南”，當時的著作《韓非子》中就有：“先王立司南以端朝夕。”“端朝夕”就是正四方、定方位的意思。《鬼谷子》中記載了司南的應(yīng)用，鄭國人采玉時就帶了司南以確保不迷失方向。

　　春秋時代，人們已經(jīng)能夠?qū)⒂捕?度至7度的軟玉和硬玉琢磨成各種形狀的器具，因此也能將硬度只有5.5度至6.5度的天然磁石制成司南。東漢時的王充在他的著作《論衡》中對司南的形狀和用法做了明確的記錄。司南是用整塊天然磁石經(jīng)過琢磨制成勺型，勺柄指南極，并使整個勺的重心恰好落到勺底的正中，勺置于光滑的地盤之中，地盤外方內(nèi)圓，四周刻有干支四維，合成二十四向。這樣的設(shè)計是古人認真觀察了許多自然界有關(guān)磁的現(xiàn)象，積累了大量的知識和經(jīng)驗，經(jīng)過長期的研究才完成的。司南的出現(xiàn)是人們對磁體指極性認識的實際應(yīng)用。 但司南也有許多缺陷，天然磁體不易找到，在加工時容易因打擊、受熱而失磁。所以司南的磁性比較弱，而且它與地盤接觸處要非常光滑，否則會因轉(zhuǎn)動摩擦阻力過大，而難于旋轉(zhuǎn)，無法達到預(yù)期的指南效果。而且司南有一定的體積和重量，攜帶很不方便，這可能是司南長期未得到廣泛應(yīng)用的主要原因。

　　司南由青銅盤和天然磁體制成的磁勺組成，青銅盤上刻有二十四向，置磁勺于盤中心圓面上，靜止時，勺尾指向為南。

　　指南針的發(fā)明歷史

　　早在兩千多年前的戰(zhàn)國時期，人們利用磁石指示南北的特性制成了指南工具──司南。但是，戰(zhàn)國時期的司南是什么樣子無法考證。

　　據(jù)1982年3月，《光明日報》報道：磁山(在今河北省邯鄲市武安)是我國四大發(fā)明之一指南針的發(fā)源地。據(jù)《古礦錄》記載：《明史地理志》稱：“磁州武安縣西南有磁山，產(chǎn)磁鐵石。” 又《明一統(tǒng)治》稱：“磁州武安縣西南有磁山，產(chǎn)磁鐵石。”又《古礦錄》記載：《明一統(tǒng)治》稱：磁山，在縣西南30里，土產(chǎn)礦石，州名取此。磁山，指南針的故鄉(xiāng)。

　　典籍記載有關(guān)指南針的事情和典籍作者，全都在古代邯鄲為中心的燕趙文化區(qū)域內(nèi);在可考典籍范圍內(nèi)記載的中國古代指南 針，全都是用天然磁石磨制而成;且根據(jù)先秦典籍記載，產(chǎn)天然磁石的只有武安磁山(今河北省邯鄲市武安)。在春秋戰(zhàn)國時期有可能制造司南的地方，只能在以邯鄲為中 心的燕趙文化區(qū)域內(nèi)，武安極有可能就是指南針的故鄉(xiāng)。

　　《中國歷史》課本插圖──“司南”，是根據(jù)中國歷史博物館展品“漢代司南模型”繪制的。這個模型是后人根據(jù)史書記載以及地下出土的漢代地盤實物制成的。地盤是青銅做成的，內(nèi)圓外方，中心圓面磨得非常光滑，以保證勺體指示方向的準確性。中心圓外圍依次布列八卦、天干、地支和二十八宿，共計二十四個方位。地盤中心的小勺是用整塊的天然磁鐵磨成的，磁鐵的正極磨成司南的長柄，勺頭底部是半球面，非常光滑。使用時先把地盤放平，再把司南放在地盤中間，用手撥動勺柄，使它轉(zhuǎn)動，等到司南停下來，勺柄所指方向就是南方。這種勺形司南直到八世紀時仍在應(yīng)用。

　　到了宋代，勞動人民掌握了制造人工磁體的技術(shù)，又制造了指南魚。指南魚是把薄鋼片剪成魚形，長二寸，寬五分，魚的肚皮部分凹下去，使魚象船一樣能浮在水面上。然后加熱并沿子午線方向淬火使之被地磁場磁化(詳見上指南魚部分)。這種人工傳磁方法制成的指南魚比使用司南方便多了，只要有一碗水，把指南魚放在水面上就能辨別方向了。經(jīng)過長期的改進，人們又把鋼針在天然磁體上摩擦，鋼針也有了磁性。這種經(jīng)過人工傳磁的鋼針可以說是正式的指南針了。沈括在他的《夢溪筆談》中提到他對指南針的用法做過四種試驗，即水浮法、縷懸法、指甲法和碗唇法。“水浮法”是把指南針放在有水的碗里，使它浮在水面上，指示方向。“縷懸法”就是在磁針中部涂上一些蠟，上面粘一根絲線，把絲線懸在木架上，針下安放一個標有方位的圓盤，靜止時鋼針就指示南北。“指甲法”就是把鋼針放在手指甲面上，輕輕轉(zhuǎn)動，由于手指甲的光滑，磁針就和司南一樣也能發(fā)生指南作用。“碗唇法”是把磁針放在光滑的碗邊上，轉(zhuǎn)動磁什，便和指甲法一樣發(fā)生指南作用。沈括經(jīng)過精密的觀察實驗，還發(fā)現(xiàn)磁針指示的方向并不是正南正北，而是微偏西北和東南，這種發(fā)現(xiàn)在科學上叫磁偏角。

　　指南針的制作方法

　　材料：縫衣針、蠟燭、鐵絲、冷水、透明塑料瓶、鐵錘、細木棒

　　制作方法：

　　1.用鐵絲纏住縫衣針，然后放入火中燒紅，之后馬上浸入冷水中冷卻。要記住：浸的時候一定要把針按南北方向擺放，這樣針才能變成小磁針。還有，你一定要小心別燙著!

　　2.把塑料瓶剪去口，用鐵錘在底部的中央扎一個孔，然后把細線一端拴在小磁針的中部，再把線從孔中穿過。倒立塑料瓶，使小磁針慢慢靜止，這時你會發(fā)現(xiàn)，小磁針的一端指向的是南方，另一端指的是北方。

　　指南針的原理

　　地球是個大磁體，其地磁南極在地理北極附近，地磁北極在地理南極附近。

　　指南針在地球的磁場中受磁場力的作用，所以會一端指南一端指北。

　　我國“四大發(fā)明”之一的指南針，輾轉(zhuǎn)傳入歐洲后在航海大發(fā)現(xiàn)中發(fā)揮出不可替代的作用。但科學史家清楚，最早解答“指南針為何能夠指南”問題的并不是中國人，而是英國科學家吉爾伯特。那么，中國發(fā)明指南針后對指南針理論作過什么樣的探討?吉爾伯特的理論是否及時傳到了中國?明末清初的“西學東漸”，又對我國指南針理論的發(fā)展有過哪些影響?上海交通大學科學史與科學哲學系教授關(guān)增建從2003年起開始著手研究這些基本上還是空白的問題。

　　“中國最早的指南針理論，是建立在陰陽五行學說基礎(chǔ)上的‘感應(yīng)說’。”關(guān)增建介紹，11世紀中葉時我國大科學家沈括還對指南針感到匪夷所思，他的《夢溪筆談》介紹了指南針的人工磁化方法、磁偏角的發(fā)現(xiàn)和指南針的架設(shè)方法，但對指南針為什么會指南卻沒有一點概念——“磁石之指南……莫可原其理!”隨后，文人學者們從陰陽五行學說出發(fā)，結(jié)合當時人們對大地形狀的認識，提出各種指南針理論。例如，最晚成書于宋代的《管氏地理指蒙》，首先提出如下邏輯：

　　“磁針是鐵打磨成的，鐵屬金，按五行生克說，金生水，而北方屬水，因此北方之水是金之子。鐵產(chǎn)生于磁石，磁石是受陽氣的孕育而產(chǎn)生的，陽氣屬火，位于南方，因此南方相當于磁針之母。這樣，磁針既要眷顧母親，又要留戀子女，自然就要指向南北方向。”

　　關(guān)增建表示，從近代物理學的觀點來看，“蒙氏理論”完全異想天開，但從事物的屬性出發(fā)解釋其行為，在東西方科學史上都是常用的做法。我國古代陰陽學說昌盛，用陰陽學說闡釋指南針指南及“常微偏東”的原理，是再自然不過的事情。特別是，該理論認為磁石不同端面有不同屬性，它們決定磁針的指向，這種說法很容易啟發(fā)人們發(fā)現(xiàn)磁石的兩極，并進一步聯(lián)想到磁極與磁針指向之間的關(guān)系，從而為正確認識這一問題找到可能的途徑。

　　南宋人的指南針原理，仍認為“指南針之所指，即陽氣之所在”，只是圍繞磁偏角現(xiàn)象，立論依據(jù)更多轉(zhuǎn)向地理方位的坐標系統(tǒng)——中國古人認為地是平的、大小有限，這樣地表面必然有個中心，過該中心的那條子午線就是唯一的南北方向。南宋人曾三異等認為，一旦測量地點不在這條南北線上，指南針所指向自然“少偏”。到明代，有人假托南唐人著作指出，指南正針由大地方位系統(tǒng)決定，而偏角則由天體方位劃分系統(tǒng)所決定。關(guān)增建認為，這種說法“體現(xiàn)了傳統(tǒng)指南針理論在陰陽感應(yīng)學說和磁偏角的存在這一矛盾面前所表現(xiàn)出來的窘迫”。

　　明萬歷年間(公元1573～1620年)，傳教士來華，帶來西方的指南針理論、地球?qū)W說以及相關(guān)科技知識。受其影響，中國學者開始從新的視角探討指南針理論問題，在此過程中，陰陽五行的作用不斷淡化，力學角度的分析不斷增加，但吉爾伯特1600年提出的科學理論連西方學界都沒統(tǒng)一，更談不上入主東土。傳教士中，1658年抵華的比利時耶穌會士南懷仁的指南針理論最系統(tǒng)，但他認為決定磁針指向的是地球的地理南北兩極本身，理論仍然局限在古代科學的范圍，而不像吉爾伯特認識到地球本身存在一個磁體。南懷仁理論在中國影響深遠，直到19世紀中葉，我國仍有學者用它解釋指南針問題。而此時，清末來華的傳教士已開始著手把西方近代磁學知識介紹給中國了。
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