指南针为什么能指方向

7　指南针为什么能指方向——地球磁场

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指南针是用以判别方位的一种简单仪器，又称指北针。指南针的前身是中国古代四大发明之一的司南。中国是世界上公认发明指南针的国家，是我国劳动人民在长期的实践中对物体磁性认识的结果。辗转传入欧洲后在航海大发现中发挥了不可替代的作用。

最早的指南针是用天然磁体做成的，它的指示原理是：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，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。要是人们在实际应用过程了发现，指南针所指的方向并不是正北或正南。

指南针

关于这个现象有不同的解释方法。我国古代阴阳学说昌盛，用阴阳学说阐释指南针指南及“常微偏东”的原理，是再自然不过的事情。特别是，该理论认为磁石不同端面有不同属性，它们决定磁针的指向，这种说法很容易启发人们发现磁石的两极，并进一步联想到磁极与磁针指向之间的关系，从而为正确认识这一问题找到可能的途径。

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如何自制指南针

在生活当中我们可以自己动手，制作小小的指南针。首先，用铁丝缠住缝衣针，然后放入火中烧红，之后马上浸入冷水中冷却，浸的时候一定要把针按南北方向摆放，这样针才能变成小磁针；其次，把塑料瓶剪去口，用铁锤在底部的中央扎一个孔，然后把细线一端拴在小磁针的中部，再把线从孔中穿过，倒立塑料瓶，使小磁针慢慢静止，这时你会发现，小磁针的一端指向的是南方，另一端指向的是北方。

到明代，1658年抵华的比利时耶稣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，理论仍然局限在古代科学的范围，而不像吉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，我国仍有学者用它解释指南针问题。

南怀仁

趣味故事

西汉时期，有一个名叫栾大的方士，他利用磁石的这个性质做了两个棋子般的东西，通过调整两个棋子极性的相互位置，有时两个棋子相互吸引，有时相互排斥。栾大称其为“斗棋”。他把这个新奇的玩意献给汉武帝，并当场演示。汉武帝惊奇不已，龙心大悦，竟封栾大为“五利将军”。栾大利用磁石的性质，制作了新奇的玩意蒙骗了汉武帝。

现代物理学指出地球表面上某点地磁水平分力线所切的地球大圆，磁针在仅受地磁影响的情况下其指向即磁子午线方向，但是因为地磁两极不对称和磁场的不规律性，磁子午线一般不经过地磁南北极，所以磁针所指的磁北方向不一定是地磁北极的方向。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，而是略有偏差，这个角度就叫磁偏角。又因为地球近似球形，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。

地球磁场示意图

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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、旱罗盘。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。

关于罗盘定位，我国最早的记录是南宋时，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，或用子午丙壬间缝针。”这是有关罗经盘最早的文献记载。文献中所说的“地螺”，就是地罗，也就是罗经盘，而且，这种罗盘不仅有子午针可以确定地磁场南北极方向的磁针，还可以利用子午丙壬间缝针，就是利用日影确定地理南北极方向，从而提出了这两个方向之间的夹角，就是磁偏角。