指南针

南宋人的指南针原理，仍认为“ 南宋人的指南针原理，仍认为“指南针 之所指，即阳气之所在” 之所指，即阳气之所在”，只是围绕磁 偏角现象， 偏角现象，立论依据更多转向地理方位 的坐标系统——中国古人认为地是平的、 中国古人认为地是平的、 的坐标系统 中国古人认为地是平的 大小有限，这样地表面必然有个中心， 大小有限，这样地表面必然有个中心， 过该中心的那条子午线就是唯一的南北 方向。南宋人曾三异等认为， 方向。南宋人曾三异等认为，一旦测量 地点不在这条南北线上， 地点不在这条南北线上，指南针所指向 自然“少偏” 到明代， 自然“少偏”。到明代，有人假托南唐 人著作指出， 人著作指出，指南正针由大地方位系统 决定， 决定，而偏角则由天体方位划分系统所 决定。关增建认为，这种说法“ 决定。关增建认为，这种说法“体现了 传统指南针理论在阴阳感应学说和磁偏 角的存在这一矛盾面前所表现出来的窘 迫”。
指示方向原理
地球是个大磁体，其地磁南极在地理北极附近， 地球是个大磁体，其地磁南极在地理北极附近，地 磁北极在地理南极附近。 磁北极在地理南极附近。 指南针在地球的磁场中受磁场力的作用， 指南针在地球的磁场中受磁场力的作用，所以会一 端指南一端指北。 端指南一端指北。 辗转传入欧洲后在航海大发现中发挥出不可替代的 作用。但科学史家清楚，最早解答“指南针为何能够指 作用。但科学史家清楚，最早解答“ 问题的并不是中国人，而是英国科学家吉尔伯特。 南”问题的并不是中国人，而是英国科学家吉尔伯特。 那么， 那么，中国发明指南针后对指南针理论作过什么样的探 吉尔伯特的理论是否及时传到了中国？ 讨？吉尔伯特的理论是否及时传到了中国？明末清初的 西学东渐” “西学东渐”，又对我国指南针理论的发展有过哪些影 响？上海交通大学科学史与科学哲学系教授关增建从 2003年起开始着手研究这些基本上还是空白的问题。 年起开始着手研究这些基本上还是空白的问题。 年起开始着手研究这些基本上还是空白的问题
五（2）班 第6组 制作 ） 组
指南针概述
指南针的发明是我国劳动人民， 指南针的发明是我国劳动人民，在长 期的实践中对物体磁性认识的结果。 期的实践中对物体磁性认识的结果。由 于生产劳动，人们接触了磁铁矿， 于生产劳动，人们接触了磁铁矿，开始 了对磁性质的了解。 了对磁性质的了解。人们首先发现了磁 石引铁的性质。 石引铁的性质。后来又发现了磁石的指 向性。经过多方的实验和研究， 向性。经过多方的实验和研究，终于发 明了可以实用的指南针
目前的司南模型是由我 国著名科技史学家王振铎根 据根据《论衡》中的记载， 据根据《论衡》中的记载， 考证并复原的。 考证并复原的。司南由青铜 盘和天然磁体制成的磁勺组 青铜盘上刻有二十四向， 成，青铜盘上刻有二十四向， 置磁勺于盘中心圆面上， 置磁勺于盘中心圆面上，静 止时，勺尾代，人们已经能够将硬度 度至 度至7度的 春秋时代，人们已经能够将硬度5度至 度的 软玉和硬玉琢磨成各种形状的器具， 软玉和硬玉琢磨成各种形状的器具，因此也能将 硬度只有5.5度至 度的天然磁石制成司南。 度至6.5度的天然磁石制成司南 硬度只有 度至 度的天然磁石制成司南。东 汉时的王充在他的著作《论衡》 汉时的王充在他的著作《论衡》中对司南的形状 和用法做了明确的记录。 和用法做了明确的记录。司南是用整块天然磁石 经过琢磨制成勺型，勺柄指南极， 经过琢磨制成勺型，勺柄指南极，并使整个勺的 重心恰好落到勺底的正中， 重心恰好落到勺底的正中，勺置于光滑的地盘之 地盘外方内圆，四周刻有干支四维， 中，地盘外方内圆，四周刻有干支四维，合成二 十四向。 十四向。这样的设计是古人认真观察了许多自然 界有关磁的现象，积累了大量的知识和经验， 界有关磁的现象，积累了大量的知识和经验，经 过长期的研究才完成的。 过长期的研究才完成的。司南的出现是人们对磁 体指极性认识的实际应用。 体指极性认识的实际应用。 但司南也有许多缺 天然磁体不易找到，在加工时容易因打击、 陷，天然磁体不易找到，在加工时容易因打击、 受热而失磁。所以司南的磁性比较弱， 受热而失磁。所以司南的磁性比较弱，而且它与 地盘接触处要非常光滑， 地盘接触处要非常光滑，否则会因转动摩擦阻力 过大，而难于旋转，无法达到预期的指南效果。 过大，而难于旋转，无法达到预期的指南效果。 而且司南有一定的体积和重量，携带很不方便， 而且司南有一定的体积和重量，携带很不方便， 这可能是司南长期未得到广泛应用的主要原因。 这可能是司南长期未得到广泛应用的主要原因。
明万历年间（公元 明万历年间（公元1573～1620年），传教士 ～ 年），传教士 来华，带来西方的指南针理论、 来华，带来西方的指南针理论、地球学说以 及相关科技知识。受其影响， 及相关科技知识。受其影响，中国学者开始 从新的视角探讨指南针理论问题， 从新的视角探讨指南针理论问题，在此过程 阴阳五行的作用不断淡化， 中，阴阳五行的作用不断淡化，力学角度的 分析不断增加，但吉尔伯特1600年提出的科 分析不断增加，但吉尔伯特 年提出的科 学理论连西方学界都没统一， 学理论连西方学界都没统一，更谈不上入主 东土。传教士中， 东土。传教士中，1658年抵华的比利时耶稣 年抵华的比利时耶稣 会士南怀仁的指南针理论最系统， 会士南怀仁的指南针理论最系统，但他认为 决定磁针指向的是地球的地理南北两极本身， 决定磁针指向的是地球的地理南北两极本身， 理论仍然局限在古代科学的范围，而不像吉 理论仍然局限在古代科学的范围， 尔伯特认识到地球本身存在一个磁体。 尔伯特认识到地球本身存在一个磁体。南怀 仁理论在中国影响深远，直到19世纪中叶 世纪中叶， 仁理论在中国影响深远，直到 世纪中叶， 我国仍有学者用它解释指南针问题。而此时， 我国仍有学者用它解释指南针问题。而此时， 清末来华的传教士已开始着手把西方近代磁 学知识介绍给中国了。 学知识介绍给中国了。
指南针的始祖
目前传统的观点认为指南针的始 祖大约出现在战国时期。 祖大约出现在战国时期。它是用天 然磁石制成的。样子像一把汤勺， 然磁石制成的。样子像一把汤勺， 圆底，可以放在平滑的“地盘” 圆底，可以放在平滑的“地盘”上 并保持平衡 且可以自由旋转。 平衡， 并保持平衡，且可以自由旋转。当 它静止的时候，勺柄就会指向南方。 它静止的时候，勺柄就会指向南方。 当时的著作《韩非子》中就有： 当时的著作《韩非子》中就有： 先王立司南以端朝夕。”“端朝 “先王立司南以端朝夕。”“端朝 就是正四方、定方位的意思。 夕”就是正四方、定方位的意思。 鬼谷子》中记载了司南的应用， 《鬼谷子》中记载了司南的应用， 郑国人采玉时就带了司南以确保不 迷失方向。 迷失方向。
指南针的制作方法
取三合板一块， 锯一直径为120毫米 取三合板一块， 锯一直径为 毫米 的底板。把表面和边缘用砂纸磨光。 的底板。把表面和边缘用砂纸磨光。在一 张铅画纸上标好符号，按尺寸把盘面剪下， 张铅画纸上标好符号，按尺寸把盘面剪下， 贴在底盘下，取一枚大头针或缝衣针， 贴在底盘下，取一枚大头针或缝衣针，从 底盘背面中心穿过，将尖头露出盘面做轴。 底盘背面中心穿过，将尖头露出盘面做轴。 根据尺寸把一块白铁皮剪成指针形状， 根据尺寸把一块白铁皮剪成指针形状，并 钻一个直径２毫米的孔， 钻一个直径２毫米的孔，把一颗纽扣固定 在指针上。用一块永久磁铁触指针数次， 在指针上。用一块永久磁铁触指针数次， 使指针磁化。最后，把指针放在轴上。 使指针磁化。最后，把指针放在轴上。注 意哪头指向北，就这头涂成红色。 意哪头指向北，就这头涂成红色。 在使用时， 在使用时，不要让指针接触磁性很强的磁 铁，以免影响指南针的磁极