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1、发明指南针的故事大家知道，指南针是我国古代的四大发明之一。但其发明并不简单，也是一个长期发 展演变，在古代有不同的形状，如司南、指南鱼、指南针、罗盘等。据说黄帝时代，黄帝 部族在于蚩尤部族的战争中，因大雾弥漫、不辨清方向而战败，因而创造指南车。但指南 车是一种机械定向装置，与指南针这一磁性指向装置有本质区别。春秋时期，古人已认识到磁石的性质及其与矿产之间的联系，如吕氏春秋中称 “慈石召铁，或引之也”，管子地数中记我“上有磁石者，下有铜金”。据说秦始、 皇用磁石建造了阿房宫的北阕门，人若暗藏刀剑等则被吸住，记得有部电影里就有这个镜 头。最早的指南仪器是同南，战国时已有类似记载。东汉王充论衡中明确
2、记载道“司 南之杓，投之于地，其柢指南。”司南的的效果不是很好，因为在磨制天然磁石成为勺子 状的过程容易导致磁性减弱，并且有较大的转动摩擦力。唐代时已有使用指南浮针的记载, 北宋初曾公亮武经总要中记我了指南鱼的具体的制造工艺，南宋还有木刻指南鱼和木 刻指南龟等装置。但最重要的指南针记载是北宋沈括梦溪笔谈：方家以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也，水浮多荡摇。指爪及碗后上 皆可为之，运转尤速，但坚滑易坠，不若缕悬为最善。其法取新犷中独茧缕，以芥子许蜡, 缀于针腰，无风处悬之，则针常指南。其中有磨而指北者。余家指南、北者皆有之。磁石 之指南，犹柏之指西，莫可原其理。这段文明确了指南针，并总
3、结了四种指南装置，即把磁针横穿在灯心草上放在水面上 的水浮法，将磁针放在指甲上指甲旋定法，把磁针放在碗后口上的碗唇旋定法，用悬丝系 住磁针来定向的缕悬法。并且，还指出了指南针指向“常微偏东，不全南”，说明沈括已 经发现磁偏角，这比哥伦布1492年在海上探险途中发现磁偏角要早400多年。大约也在北宋时，指南针用于航海，开创了人类航海的新纪元。在此之前，海上定向 只能依据天象，如遇隐晦天气就没有办法了。到元代时，还专门编制出罗盘针路，对针位、 针路都有标识，即是记录船行的方向、时间、距离等信息。明代郑和七下西洋，就综合运 用了罗经指向、天文定位、计程计速等航海技术。指南针不仅大大地推动了我国古代航
4、海业的发展，也为古代世界的航海事业的发展做 出巨大的贡献。大约在北宋末南宋初，中国的指南针经过阿拉伯传入欧洲。此后欧洲乂对 航海罗盘作了一些改进。然而，正如沈括所言“莫可原其理”，中国在明清时依然对磁性 没有进一步的认识。但1600年英国人吉尔伯特，经过观察、实验等方法，提出了 了地磁 场理论，并研究了电磁现象。此后西方科学更是逐渐深入，远超中国了。现代人制作了各种电子指南针，美国的苹果手机中就有这个软件，甚至在GPS中也会 用到。电子指南针将替代旧的针式指南针或罗盘指南针，因为电子指南针全采用固态的元件, 还可以简单地和其他电子系统接口。电子指南针系统中磁场传感器的磁阻MR技术是最佳 的解决
5、方法，和现在很多电子指南针还在使用的磁通量闸门传感器相比较，VR技术不需要 绕线圈而旦可以用IC生产过程IC-like process生产，是一个更值得使用的解决方案。 由于MR有高灵敏度，它甚至比这个应用范围中的霍尔元件更好。指南针与偏磁角指南针不仅仅指出南北方向，还指出一条磁子午线，这条磁子午线是随一年四季变化 的。其一，在春分，秋分这天，磁子午线与子午线，以及地球的经线三线重合，指南针直 指地球的南北方向极点，误差只有0.08度地轴偏心率，可以忽略不计。其二，在夏至， 冬至这天，磁子午线和子午线是不重合的并且偏磁角最大，最大偏差量为征服23. 26度， 也就是说在地球南北极附近偏磁点最大
6、，用地球的周长除以365度角在*正负23度，等于 偏磁极点对应南北极点的距离正负弧度公里。可以讲纬度线越高偏磁角越大，相反，纬度 越低偏磁角越小，“太阳同步轨道词条”详细诠释了地球和太阳同步轨道是随一年四季变 化的论述，也就是说轨道变化与引力有关系，引力乂和地磁场的引力等效，并表示出地球 和太阳的取向角度，轨道绕地球产生倾角，假如去处人为设定卫星轨道倾斜度7. 8度，那 么，地球明暗部分中间那条线就是磁子午线，而卫星轨道是随一年四季变化的四幅小图， 为什么？因为一切事物都是相对而言，都有正反两方面，即，磁子午线指向不变，而地球 的经线轨道在变化。当我们走进科技馆时，地球仪映入我们眼帘，首先给人
7、第一印象是地轴偏斜了 23度 半的球体。仔细观察发现地球的北极点不是球体的最高点，南极点也不是球体的最低点， 这是为什么呢?探究所以，钩深致远多年，通过学习现有知识，发现地轴偏斜23. 26度， 使球体面发生了改变。再看地球仪半圆框架刻度盘在取向上，乂发现北极轴在方向偏斜 23. 26度，的地方是球体表面的最高点，南极轴方向向上偏斜23. 26度的地方是球体表面 的最低点，我试着在最高点与最低点之间画一条轴线，惊奇的发现，这条线的纵线和黄道 面水平横线相交，恰好垂直为90度，猛然开悟，这不是我梦寐以求要找的纵向磁子午线 吗!偏磁极点吗，磁引力线就是从极点发出的吗？以及地球和太阳的引力线吗。即纵
8、线轴心 线就是磁子午线，横向轴心线就是太阳吸引地球的引力线。装置关于磁针的装置方法，沈括介绍了四种方法：1 .水浮法一一将磁针上穿几根灯心草浮在水面，就可以指示方向。2 .碗唇旋定法一一将磁针搁在碗口边缘，磁针可以旋转，指示方向。3 .指甲旋定法一一把磁针搁在手指甲上面由于指甲面光滑，磁针可以旋转自如，指示 方向。4 .缕悬法一一在磁针中部涂一些蜡，粘一根蚕丝，挂在没有风的地方，就可以指示方 向了。沈括还对四种方法做了比较，他指出，水浮法的最大缺点，水面容易晃动影响测量结 果。碗后旋定法和指甲旋定法，由于摩擦力小，转动很灵活，但容易掉落。沈括比较推重 的是缕悬法，他认为这是比较理想而乂切实可行
9、的方法。事实上沈括指出的四种方法已经 归纳了迄今为止指南针装置的两大体系一一水针和早针。南宋陈元靓在事林广记中介绍了另一类指南鱼和指南龟的制作方法。这种指南鱼 与武经总要一书记载的不一样，是用木头刻成鱼形，有手指那么大，木鱼腹中置入一 块天然磁铁，磁铁的S极指向鱼头，用蜡封好后，从鱼口插入一根针，就成为指南鱼。将 其浮于水面，鱼头指南，这也是水针的一类。指南龟是当时流行的一种新装置，将一块天然磁石放置在木刻龟的腹内，在木龟腹下 方挖一光滑的小孔，对准并放置在直立于木板上的顶端尖滑的竹钉上，这样木龟就被放置 在一个固定的、可以自由旋转的支点上了。由于支点处摩擦力很小，木龟可以自由转动指 南。当时
10、它并没有用于航海指向，而用r,幻术。但是这就是后来出现的早罗盘的先声。指南龟发明年代不晚于1325年。木块刻成龟型，龟腹部中心嵌以磁体，木龟安放在 尖状立拄上，静止时首尾分指南北。罗盘定位要确定方向除了指南针之外，还需要有方位盘相配合。最初使用指南针时，可能没有 固定的方位盘，随着测方位的需要，出现了磁针和方位盘一体的罗盘。罗盘有堪舆用的罗 经盘和水罗盘、早罗盘。方位盘仍是二十四向，但是盘式已经由方形演变成圆形。这样一来只要看一看磁针在 方位盘上的位置，就能断定出方位来。南宋时，曾三异在因话录中记载了有关这方面 的文献：“地螺或有子午正针，或用子午内壬间缝针。”这是有关罗经盘最早的文献记载。
11、文献中所说的“地螺”，就是地罗，也就是罗经盘。文献中已经把磁偏角的知识应用到罗 盘上。这种罗盘不仅有子午针确定地磁场南北极方向的磁针，还有子午丙壬间缝针用日影 确定的地理南北极方向这两个方向之间的夹角，就是磁偏角。盘面周围刻二十四方位，内中盛水，磁针横穿灯草，浮于水面。现在人们已经知道，地球的两个磁极和地理的南北极只是接近，并不重合。磁针指向 的是地球磁极而不是地理的南北极，这样磁针指的就不是正南、正北方向而略有偏差，这 个角度就叫磁偏角。乂因为地球近似球形，所以磁针指向磁极时必向下倾斜，和水平方向 有一个夹角，这个夹角称为磁倾角。不同地点的磁偏角和磁倾角都不相同。成书于北宋的武经总要在谈到用地磁法制造指南针时，就注意利用了磁倾角.沈括在梦溪笔谈 谈到指南针不全指南，常微偏东。指出了磁偏角的存在。磁偏角和磁倾角的发现使指南针 的指向更加准确。感谢您的阅读，祝您生活愉快。