中國(guó)四大發(fā)明是什么
四大發(fā)明是指中國(guó)古代對(duì)世界具有很大影響的四種發(fā)明。即造紙術(shù)、指南針、火藥、活字印刷術(shù)。下面學(xué)習(xí)啦小編分享了中國(guó)的四大發(fā)明，一起來(lái)了解吧。
中國(guó)的四大發(fā)明盤點(diǎn)
四大發(fā)明在人類文明史上的重要地位:印刷術(shù)、指南針、火藥和造紙術(shù)，是我國(guó)古代的四大發(fā)明，是我國(guó)之所以成為文明古國(guó)的標(biāo)志之一。古代，我國(guó)的科學(xué)技術(shù)在許多方面居于世界的前列。5世紀(jì)后的千余年里，歐洲處在封建社會(huì)之中。在這個(gè)漫長(zhǎng)的時(shí)期里，我國(guó)的科學(xué)技術(shù)一直在向前發(fā)展，而歐洲的科學(xué)技術(shù)卻停滯不前。只是到了十五、六世紀(jì)，由于封建制度的瓦解和資本主義制度的逐步形成，歐洲的近代自然科學(xué)才得以誕生。
中國(guó)四大發(fā)明之：造 紙 術(shù)
造紙是一項(xiàng)重要的化學(xué)工藝，紙的發(fā)明是中國(guó)在人類文化的傳播和發(fā)展上，所做出的一項(xiàng)十分寶貴的貢獻(xiàn)，是中國(guó)化學(xué)史上的一項(xiàng)重大的成就。
在紙還未發(fā)明之前，甲骨、竹簡(jiǎn)和絹帛是古代用來(lái)供書寫、記載的材料。但由于西漢的經(jīng)濟(jì)、文化迅速發(fā)展，甲骨和竹簡(jiǎn)不能滿足發(fā)展的需求，從而促使了書寫工具的改進(jìn)。
當(dāng)時(shí)人們已開(kāi)始應(yīng)用小塊的絲綿制成的紙，因?yàn)榭脊艑W(xué)家于1933年在新 羅布淖爾發(fā)現(xiàn)了一張古紙，它是”麻物、白色，作方塊薄片，四周不完整，長(zhǎng)約40厘米，寬約100厘米，質(zhì)甚粗糙，不勻凈，紙面尚有麻筋，蓋初做紙時(shí)所做，故不精細(xì)也〃由于古漢時(shí)的紙張是由麻縷和絲綿，加上制法粗糙，所以紙張的質(zhì)量不太好。而麻縷和絲綿都有其本身的作用，如要把它們用作造紙的原料，就必然會(huì)受到很大的限制，而難以得到迅速的發(fā)展，來(lái)滿足文化生活上對(duì)紙張的要求。
在新的客觀形勢(shì)要求下，蔡倫的出現(xiàn)便為造紙術(shù)帶來(lái)新突破，在《東漢觀記》卷二上記 載：”蔡倫··有才學(xué)，盡忠重慎，每次休沐，閉門以絕賓客，曝體田野。典作尚方，造意用樹皮及敝布、魚網(wǎng)作紙。元興元年奏上，帝善其能，自是莫不用，天下咸稱蔡侯紙〃。從以上看來(lái)，蔡倫是用樹皮、破布、魚網(wǎng)造紙的。
雖然在蔡倫之前也有紙的存在，但是原料左身就有很大的局限，而蔡倫對(duì)新原料的發(fā)現(xiàn)，
解決了這個(gè)問(wèn)題。因?yàn)槠撇?、破魚網(wǎng)早已結(jié)束了它們本身的任務(wù)，成了廢物而又用作做原料，對(duì)造紙工業(yè)起了極大的動(dòng)作用。
新原料的使用必然提出新技術(shù)的要求，但是由于典籍流失，實(shí)際的操作如何，已缺乏記載，無(wú)從考知，但大概是先張布或網(wǎng)撕破或剪斷，然后放在水里浸漬相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間并且需要加以舂搗，才能做成紙漿。用樹皮做紙張，困難更大一些.除初步切短和后部舂搗外，中間還需要烹煮和加入石灰漿之類的促爛劑。下圖是中國(guó)古代造紙工程之(抵壓 覆)及(乾焙火烘 )。
最重要的是造紙事業(yè)經(jīng)過(guò)蔡倫的發(fā)明創(chuàng)造，才由自發(fā)的階段轉(zhuǎn)入獨(dú)立自主的階段。蔡倫以前，造紙只是紡織業(yè)中附帶的一個(gè)小部分，并未形成一種獨(dú)立行業(yè)。但是到了蔡倫時(shí)期，使造紙業(yè)從紡織業(yè)中獨(dú)立出來(lái)。它有自己的目的和需要，于是就有了迅速的發(fā)展。
在蔡倫之后，紙張大大地推進(jìn)了書籍抄寫和文化傳播的事業(yè)。在兩晉南北朝的時(shí)候，由于書法和繪畫的需要，紙張的要求慢慢提高，尤其在書法上，因?yàn)闀▽?duì)紙和筆的要求都是十分高的，所以紙張私質(zhì)素是有必要提高的。
但是由于南北兩朝的文化和背景都各有不同，所以兩地所用的造紙?jiān)隙几饔胁煌?/p>
南朝的紙張以藤皮為主要原料，所這成的藤紙是一張質(zhì)量?jī)?yōu)良的紙張，產(chǎn)地是剡溪。它是當(dāng)時(shí)勞動(dòng)人民根據(jù)蔡倫利用樹皮造紙的經(jīng)驗(yàn)，就地取材地制造出來(lái)的，藤紙的出現(xiàn)，適應(yīng)了東晉偏安的地方形勢(shì)，又符合于當(dāng)時(shí)所謂“江左風(fēng)流”的士族的需要。北朝的造紙?jiān)蠀s有所不同，主要以楮梭為主。
發(fā)明人
東漢和帝元興元年(公元105年)，蔡倫在總結(jié)前人制造絲織晶的經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，發(fā)明了用樹皮、破魚網(wǎng)、破布、麻頭等作原料，制造成了適合書寫的植物纖維紙，才使紙成為普遍使用的書寫材料。
造紙術(shù)在7世紀(jì)經(jīng)朝鮮傳到日本。8世紀(jì)中葉傳到阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國(guó)。到12世紀(jì)，歐洲才仿效中國(guó)的方法開(kāi)始設(shè)廠造紙。
發(fā)明地點(diǎn)：洛陽(yáng)
中國(guó)四大發(fā)明之：印 刷 術(shù)
簡(jiǎn)介
木活字它開(kāi)始于隋朝的雕版印刷，經(jīng)宋仁宗時(shí)的畢升發(fā)展、完善，產(chǎn)生了活字印刷，并由蒙古人傳至了歐洲，所以后人稱畢升為印刷術(shù)的始祖。中國(guó)的印刷術(shù)是人類近代文明的先導(dǎo)，為知識(shí)的廣泛傳播、交流創(chuàng)造了條件。
雕版印刷是用刀在一塊塊木板上雕刻成凸出來(lái)的反寫字，然后再上墨，印到紙上。每印一種新書，木板就得從頭雕起，速度很慢。如果刻版出了差錯(cuò)，又要重新刻起，勞作之辛苦，可想而知。
方法
北宋刻字工人畢升在公元1004年至1048年間，用細(xì)質(zhì)且?guī)в姓承缘哪z泥，做成一個(gè)個(gè)四方形的長(zhǎng)柱體，在上面刻上反寫的單字，一個(gè)字一個(gè)印，放在土窯里用火燒硬，形成活字。然后按文章內(nèi)容，將字依順序排好，放在一個(gè)個(gè)鐵框上做成印版，再在火上加熱壓平，就可以印刷了。印刷結(jié)束后把活字取下，下次還可再用。這種改進(jìn)之后的印刷術(shù)叫做活板印刷術(shù)。
這種印刷方法雖然原理簡(jiǎn)單，卻與現(xiàn)代鉛字排印原理相同，使印刷技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代。
推廣
后來(lái)，元代著名農(nóng)學(xué)家與機(jī)械學(xué)家王楨發(fā)明了木活字，并創(chuàng)造出比較簡(jiǎn)捷的適于漢字復(fù)雜特點(diǎn)的轉(zhuǎn)盤排字方法，后來(lái)又發(fā)明了金屬活字，使活字印刷得到了改進(jìn)。唐代的雕刻印本傳到日本，8世紀(jì)后期日本完成了木板《陀羅尼經(jīng)》以后又傳到朝鮮民主主義人民共和國(guó)、阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國(guó)一帶和東歐。15世紀(jì)，德國(guó)人學(xué)會(huì)了用合金鑄字，從此畢升首創(chuàng)的活字印刷在歐洲各地推廣開(kāi)來(lái)。
印刷術(shù)是按照或圖畫原稿制成印刷品的技術(shù)。中國(guó)是世界上最早發(fā)明印刷術(shù)的國(guó)家。早期的印刷是把圖文刻在木板上用水墨印刷的，現(xiàn)在的木版水印畫仍用此法，統(tǒng)稱“刻版印刷術(shù)”( 亦稱“雕版印刷術(shù)”)刻版印刷的前身是公元前流行的印章捺印和后來(lái)出現(xiàn)的拓印碑石等。造紙和制墨等生產(chǎn)技術(shù)出現(xiàn)之后，逐漸發(fā)明了刻版印刷技術(shù)?？贪嬗∷⒌氖紕?chuàng)時(shí)間，現(xiàn)在眾說(shuō)紛紜，尚未定論。我認(rèn)為它始創(chuàng)于東漢，發(fā)祥在洛陽(yáng)，盛行于隋唐。世界上現(xiàn)存最早的印刷物是唐咸通九年(公元868年)印制的《金剛經(jīng)》(它全鄭長(zhǎng)4877毫米，高244毫米，由七張粘連起來(lái)而成一卷。卷首有釋迦說(shuō)法圖，末有“咸通九年四月十五日王玠為二親敬造普施”題記。原藏于甘肅敦煌千佛洞，1899年發(fā)現(xiàn)。1907年為英國(guó)人斯坦因盜去，現(xiàn)存于英國(guó)倫敦不列顛博物館)。
歷史記載
北宋科學(xué)家、政治家沈括曾在《夢(mèng)溪筆談》中有一篇文章叫《活板》，其中詳細(xì)介紹了活板印刷術(shù)的全過(guò)程，通俗易懂，非常詳細(xì)。
中國(guó)四大發(fā)明之：指 南 針
指南針是中國(guó)史上的偉大發(fā)明之一,也是中國(guó)對(duì)世界文明發(fā)展的一項(xiàng)重大頁(yè)獻(xiàn)。指南針是利用磁鐵在地球磁場(chǎng)中的南北指極性而制成的一種指向儀器。上圖是司南模型。
磁石的這種特性,被古人利用來(lái)制成指南工具。最早出現(xiàn)的指南工叫司南,戰(zhàn)國(guó)時(shí)已普遍使用。它是利用天然磁石琢磨而成,樣子像一只勺,重心位于底部正中,底盤光滑,四周刻二十四向,使用時(shí)把長(zhǎng)勺放在底盤上,用手 輕撥,使它轉(zhuǎn)動(dòng),停下后長(zhǎng)柄就指向南方。東漢王充(論衡.是應(yīng)篇)記載了它的形狀和用法。(鬼谷子.謀篇)里還談到鄭國(guó)人到遠(yuǎn)處去采玉,就帶了司南,以免迷失方向。另外,指南車的發(fā)明亦進(jìn)一步把這種儀器提升至更高的境界。下圖分別為指南魚想像圖及戀掛型指車針復(fù)原模型。
但是,用天然磁石琢磨而成的司南,成品較低,磁性較弱。到了宋代,人們發(fā)明了人工磁化方法,制造了指南魚和指南針,而指南針更為簡(jiǎn)便,更具實(shí)用價(jià)值。它是以天然磁石摩擦鋼針制成,在地磁作用下保持指南性能;以后把它裝置在方位盤上,就稱為羅盤。這是指南針發(fā)展史上的一大飛躍。下圖是清代所使用航海羅盤。
沈括對(duì)指南針?lè)胖梅椒ㄒ沧鬟^(guò)詳細(xì)研究,總結(jié)出四種不同的方法,并作了比較:
一,水浮法。把指南針浮在水面以指示方向,至于具體方法,沈括沒(méi)有說(shuō)明。到北宋晚期,藥物學(xué)家寇宗的(本草衍義.磁石條)才有介紹,原來(lái)是在指南針上穿上燈心草,就可以把針浮起。水浮法的缺點(diǎn)是磁針會(huì)隨水搖擺不定。
二,指甲旋定法。把磁針?lè)旁谥讣咨?可以靈活運(yùn)轉(zhuǎn),但缺點(diǎn)是容易滑落。
三,碗唇旋定法。把磁針?lè)旁谕肟谶吘壣?也可以旋轉(zhuǎn)自如,但同樣易掉落。
四,懸絲法。取一根新棉絲,用一點(diǎn)蠟粘在磁針中央,懸掛在沒(méi)有風(fēng)的地方磁針即可指示方向。
比較之下,沈括認(rèn)為這個(gè)方法最為理想。下圖為沈括指南針的四種試驗(yàn)復(fù)原設(shè)計(jì)。
指南針在公元十一世紀(jì)時(shí)已是常用的定向儀器。指南針的最大頁(yè)獻(xiàn),是大大地促進(jìn)了航海事業(yè)的發(fā)展。據(jù)考證,公元十一世紀(jì)末,指南針就開(kāi)始用于航海了。大約在十二世紀(jì)末到十三世紀(jì)初,指南針由海路傳入阿拉伯,然后由阿拉伯傳入歐洲。
中國(guó)四大發(fā)明之：火 藥
火藥是中國(guó)四大發(fā)明之一?；鹚?顧名思義就是(著火的藥)。它的起源與煉丹術(shù)有著密切的關(guān)系,是古代煉丹士在煉丹時(shí)無(wú)意中配制出來(lái)。下圖為元代銅火銃
它是硫黃,硝石,炭的混合物,而前兩項(xiàng)在漢代成書的中國(guó)第一部藥物學(xué)典籍(神農(nóng)本草經(jīng))里都被列為重要的藥材。就是火藥本身也被歸入藥類,明代李時(shí)珍的(本草綱目)中說(shuō),火藥能治瘡癬,殺蟲,辟濕氣和瘟疫。火藥的發(fā)明是人們長(zhǎng)期煉丹,制藥實(shí)踐結(jié)果,至今已有一千多年歷史。
唐朝末年,火藥已被用于軍事。唐昭宗天佑元年(904年)楊行密的軍隊(duì)圍攻豫章,部將鄭 (以所部發(fā)機(jī)飛火,燒龍沙門,帶領(lǐng)壯士突火先登入城,焦灼被體)<九國(guó)志.鄭 傳>。這里所說(shuō)的(飛火),就是(火炮),(火箭)之類。(火炮)是把火藥制成環(huán)狀,把吊線點(diǎn)燃后用拋石機(jī)拋擲出去;(火箭)則是把火藥球縛于箭鏃之下,將吊線點(diǎn)燃后用弓射出。到了宋代,戰(zhàn)爭(zhēng)接連不斷,促進(jìn)火藥武器的加速發(fā)展。北未政府建立了火藥作坊,先后制造了火藥箭,火炮等以燃燒性能為主的武器和(霹靂炮),(震天雷)等爆炸性較強(qiáng)的武器。南未在1259年造出了以巨竹為筒,內(nèi)裝火藥的(突火槍)。到了元代又出現(xiàn)銅鑄火統(tǒng),稱為(銅)。這些都是以火藥的爆炸為推動(dòng)力的武器,在戰(zhàn)爭(zhēng)中顯示了前所未有的威力。下圖為南未突火槍和北未火藥箭。
火藥還用來(lái)制造爆仗,流星,煙火之類娛樂(lè)工具。自然也用于生產(chǎn)事業(yè),不過(guò)那是后來(lái)的事了。
在12,13世紀(jì),火藥首先傳入阿拉伯國(guó)家,然后傳到希臘和歐洲乃至世界各地。對(duì)人類社會(huì)的文明進(jìn)步,對(duì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)文化的發(fā)展,起了推動(dòng)作用。美法各國(guó)直到十四世紀(jì)中葉,才有應(yīng)用火藥和火器的記載。
中國(guó)四大發(fā)明之：指南針
指南針的發(fā)明是我國(guó)勞動(dòng)人民，在長(zhǎng)期的實(shí)踐中對(duì)物體磁性認(rèn)識(shí)的結(jié)果。由于生產(chǎn)勞動(dòng)，人們接觸了磁鐵礦，開(kāi)始了對(duì)磁性質(zhì)的了解。人們首先發(fā)現(xiàn)了磁石引鐵的性質(zhì)。后來(lái)又發(fā)現(xiàn)了磁石的指向性。經(jīng)過(guò)多方的實(shí)驗(yàn)和研究，終于發(fā)明了可以實(shí)用的指南針。
磁現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)
先秦時(shí)代我們的先人已經(jīng)積累了許多這方面的認(rèn)識(shí)，在探尋鐵礦時(shí)常會(huì)遇到磁鐵礦，即磁石(主要成分是四氧化三鐵)。這些發(fā)現(xiàn)很早就被記載下來(lái)了?！豆茏印返臄?shù)篇中最早記載了這些發(fā)現(xiàn)：“山上有磁石者，其下有金銅。”其他古籍如《山海經(jīng)》中也有類似的記載。磁石的吸鐵特性很早就被人發(fā)現(xiàn)，《呂氏春秋》九卷精通篇就有：“慈招鐵，或引之也。”那時(shí)的人稱“磁”為“慈”他們把磁石吸引鐵看作慈母對(duì)子女的吸引。并認(rèn)為：“石是鐵的母親，但石有慈和不慈兩種，慈愛(ài)的石頭能吸引他的子女，不慈的石頭就不能吸引了。”
漢以前人們把磁石寫做“慈石”，是慈愛(ài)石頭的意思。
既然磁石能吸引鐵，那么是否還可以吸引其他金屬呢?我們的先民做了許多嘗試，發(fā)現(xiàn)磁石不僅不能吸引金、銀、銅等金屬，也不能吸引磚瓦之類的物品。西漢的時(shí)候人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到磁石只能吸引鐵，而不能吸引其他物品。
當(dāng)把兩塊磁鐵放在一起相互靠近時(shí)，有時(shí)候互相吸引，有時(shí)候相互排斥?，F(xiàn)在人們都知道磁體有兩個(gè)極，一個(gè)稱N極，一個(gè)稱S極。同性極相互排斥，異性極相互吸引。那時(shí)的人們并不知道這個(gè)道理，但對(duì)這個(gè)現(xiàn)象還是能夠察覺(jué)到的。
到了西漢，有一個(gè)名叫欒大的方士，他利用磁石的這個(gè)性質(zhì)做了兩個(gè)棋子般的東西，通過(guò)調(diào)整兩個(gè)棋子極性的相互位置，有時(shí)兩個(gè)棋子相互吸引，有時(shí)相互排斥。欒大稱其為“斗棋”。他把這個(gè)新奇的玩意獻(xiàn)給漢武帝，并當(dāng)場(chǎng)演示。漢武帝驚奇不已，龍心大悅，竟封欒大為“五利”。欒大利用磁石的性質(zhì)，制作了新奇的玩意蒙騙了漢武帝。
地球也是一個(gè)大磁體，它的兩個(gè)極分別在接近地理南極和地理北極的地方。因此地球表面的磁體，可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)因磁體同性相斥，異性相吸的性質(zhì)指示南北。這個(gè)道理古人不夠明白，但這類現(xiàn)象他們很清楚。
指南針的始祖——司南
指南針的始祖大約出現(xiàn)在戰(zhàn)國(guó)時(shí)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(dāng)它靜止的時(shí)候，勺柄就會(huì)指向南方。古人稱它為“司南”，當(dāng)時(shí)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?！豆砉茸印分杏涊d了司南的應(yīng)用，鄭國(guó)人采玉時(shí)就帶了司南以確保不迷失方向。
春秋時(shí)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(shí)的王充在他的著作《論衡》中對(duì)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(guò)琢磨制成勺型，勺柄指南極，并使整個(gè)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(jì)是古人認(rèn)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(shí)和經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究才完成的。司南的出現(xiàn)是人們對(duì)磁體指極性認(rèn)識(shí)的實(shí)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(shí)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(huì)因轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦阻力過(guò)大，而難于旋轉(zhuǎn)，無(wú)法達(dá)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(zhǎng)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(shí)，勺尾指向?yàn)槟稀?/p>
指南針的發(fā)明
古代民間常用薄鐵葉剪裁成魚形，魚的腹部略下凹，像一只小船，磁化后浮在水面，就能指南北。當(dāng)時(shí)以此做為一種游戲。東晉的崔豹在《古今注》中曾提到這種“指南魚”。
北宋時(shí)，曾公亮在《武經(jīng)總要》載有制作和使用指南魚的的方法：“用薄鐵葉剪裁，長(zhǎng)二寸，闊五分，首尾銳如魚型，置炭火中燒之，侯通赤，以鐵鈐鈐魚首出火，以尾正對(duì)子位，蘸水盆中，沒(méi)尾數(shù)分則止，以密器收之。用時(shí)，置水碗于無(wú)風(fēng)處平放，魚在水面，令浮，其首常向午也。”這是一種人工磁化的方法，它利用地球磁場(chǎng)使鐵片磁化。即把燒紅的鐵片放置在子午線的方向上。燒紅的鐵片內(nèi)部分子處于比較活動(dòng)的狀態(tài)，使鐵分子順著地球磁場(chǎng)方向排列，達(dá)到磁化的目的。蘸入水中，可把這種排列較快地固定下來(lái)，而魚尾略向下傾斜可增大磁化程度。人工磁化方法的發(fā)明，對(duì)指南針的應(yīng)用和發(fā)展起了巨大的作用。在磁學(xué)和地磁學(xué)的發(fā)展史上也是一件大事。北宋的沈括在《夢(mèng)溪筆談》中提到另一種人工磁化的方法：“方家以磁石摩針鋒，則能指南。”按沈括的說(shuō)法，當(dāng)時(shí)的技術(shù)人員用磁石去摩擦縫衣針，就能使針帶上磁性。從現(xiàn)在的觀點(diǎn)來(lái)看，這是一種利用天然磁石的磁場(chǎng)作用，使鋼針內(nèi)部磁疇的排列趨于某一方向，從而使鋼針顯示出磁性的方法。這種方法比地磁法簡(jiǎn)單，而且磁化效果比地磁法好，摩擦法的發(fā)明不但世界最早，而且為有實(shí)用價(jià)值的磁指向器的出現(xiàn)，創(chuàng)造了條件。
沈括還在《夢(mèng)溪筆談》的補(bǔ)筆談中談到了摩擦法磁化時(shí)產(chǎn)生的各種現(xiàn)象：“以磁石摩針鋒，則銳處常指南，亦有指北者，恐石性亦不……，南北相反，理應(yīng)有異，未深考耳。”這是說(shuō)，用磁石去摩擦縫衣針后，針鋒有時(shí)指南，也有時(shí)指北。從現(xiàn)在的觀點(diǎn)來(lái)看，磁石都有N和S兩個(gè)極，磁化時(shí)縫衣針針鋒的方位不同，則磁化后的指向也就不同。但沈括并不知道這個(gè)道理，他真實(shí)的記錄了這個(gè)現(xiàn)象并坦白承認(rèn)自己沒(méi)有做深入思考。以期望后人能進(jìn)一步探討。
關(guān)于磁針的裝置方法，沈括介紹了四種方法：
1.水浮法——將磁針上穿幾根燈心草浮在水面，就可以指示方向。
2.碗唇旋定法——將磁針擱在碗口邊緣，磁針可以旋轉(zhuǎn)，指示方向。
3.指甲旋定法——把磁針擱在手指甲上面由于指甲面光滑，磁針可以旋轉(zhuǎn)自如，指示方向。
4.縷懸法——在磁針中部涂一些蠟，粘一根蠶絲，掛在沒(méi)有風(fēng)的地方，就可以指示方向了。
沈括還對(duì)四種方法做了比較，他指出，水浮法的最大缺點(diǎn)，水面容易晃動(dòng)影響測(cè)量結(jié)果。碗唇旋定法和指甲旋定法，由于摩擦力小，轉(zhuǎn)動(dòng)很靈活，但容易掉落。沈括比較推重的是縷懸法，他認(rèn)為這是比較理想而又切實(shí)可行的方法。事實(shí)上沈括指出的四種方法已經(jīng)歸納了迄今為止指南針裝置的兩大體系——水針和旱針。
夢(mèng)溪筆談》是沈括(1031—1095年)所著的有關(guān)我國(guó)古代科學(xué)技術(shù)的著作，書中談到磁學(xué)和指南針的一些問(wèn)題。
南宋陳元靚在《事林廣記》中介紹了另一類指南魚和指南龜?shù)闹谱鞣椒ā＿@種指南魚與《武經(jīng)總要》一書記載的不一樣，是用木頭刻成魚形，有手指那么大，木魚腹中置入一塊天然磁鐵，磁鐵的S極指向魚頭，用蠟封好后，從魚口插入一根針，就成為指南魚。將其浮于水面，魚頭指南，這也是水針的一類。
指南龜是當(dāng)時(shí)流行的一種新裝置，將一塊天然磁石放置在木刻龜?shù)母箖?nèi)，在木龜腹下方挖一光滑的小孔，對(duì)準(zhǔn)并放置在直立于木板上的頂端尖滑的竹釘上，這樣木龜就被放置在一個(gè)固定的、可以自由旋轉(zhuǎn)的支點(diǎn)上了。由于支點(diǎn)處摩擦力很小，木龜可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)指南。當(dāng)時(shí)它并沒(méi)有用于航海指向，而用于幻術(shù)。但是這就是后來(lái)出現(xiàn)的旱羅盤的先聲。
指南龜發(fā)明年代不晚于1325年。木塊刻成龜型，龜腹部中心嵌以磁體，木龜安放在尖狀立拄上，靜止時(shí)首尾分指南北。
羅盤定位
要確定方向除了指南針之外，還需要有方位盤相配合。最初使用指南針時(shí)，可能沒(méi)有固定的方位盤，隨著測(cè)方位的需要，出現(xiàn)了磁針和方位盤一體的羅盤。羅盤有堪輿用的羅經(jīng)盤和水羅盤、旱羅盤。
方位盤仍是二十四向，但是盤式已經(jīng)由方形演變成圓形。這樣一來(lái)只要看一看磁針在方位盤上的位置，就能斷定出方位來(lái)。南宋時(shí)，曾三異在《因話錄》中記載了有關(guān)這方面的文獻(xiàn)：“地螺或有子午正針，或用子午丙壬間縫針。”這是有關(guān)羅經(jīng)盤最早的文獻(xiàn)記載。文獻(xiàn)中所說(shuō)的“地螺”，就是地羅，也就是羅經(jīng)盤。文獻(xiàn)中已經(jīng)把磁偏角的知識(shí)應(yīng)用到羅盤上。這種羅盤不僅有子午針(確定地磁場(chǎng)南北極方向的磁針)，還有子午丙壬間縫針(用日影確定的地理南北極方向)這兩個(gè)方向之間的夾角，就是磁偏角。
盤面周圍刻二十四方位，內(nèi)中盛水，磁針橫穿燈草，浮于水面。
現(xiàn)在人們已經(jīng)知道，地球的兩個(gè)磁極和地理的南北極只是接近，并不重合。磁針指向的是地球磁極而不是地理的南北極，這樣磁針指的就不是正南、正北方向而略有偏差，這個(gè)角度就叫磁偏角。又因?yàn)榈厍蚪魄蛐?，所以磁針指向磁極時(shí)必向下傾斜，和水平方向有一個(gè)夾角，這個(gè)夾角稱為磁傾角。不同地點(diǎn)的磁偏角和磁傾角都不相同。成書于北宋的《武經(jīng)總要》在談到用地磁法制造指南針時(shí)，就注意利用了磁傾角。沈括在《夢(mèng)溪筆談》談到指南針不全指南，常微偏東。指出了磁偏角的存在。磁偏角和磁傾角的發(fā)現(xiàn)使指南針的指向更加準(zhǔn)確。
磁性質(zhì)的應(yīng)用
指南針一經(jīng)發(fā)明很快就被應(yīng)用到軍事、生產(chǎn)、日常生活、地形測(cè)量等方面，特別是航海上。指南針在航海上的應(yīng)用有一個(gè)逐漸發(fā)展過(guò)程。成書年代略晚于《夢(mèng)溪筆談》的《萍洲可談》中記有：“舟師識(shí)地理，夜則觀星，晝則觀日，陰晦則觀指南針。”這是世界航海史上最早使用指南針的記載。文中指出，當(dāng)時(shí)只在日月星辰見(jiàn)不到的時(shí)候才使用指南針，可見(jiàn)指南針剛開(kāi)始使用時(shí)，使用還不熟練。二十幾年后，許兢的《宣和奉使高麗圖經(jīng)》也有類似的記載：“惟視星斗前邁，若晦冥則用指南浮針，以揆南北。”到了元代，指南針一躍而成海上指航的最重要的儀器了。不論晝夜晴陰都用指南針導(dǎo)航了。而且還編制出使用羅盤導(dǎo)航，在不同航行地點(diǎn)指南針針位的連線圖，叫做“針路”。船行到某處，采用何針位方向，一路航線都一一標(biāo)識(shí)明白，作為航行的依據(jù)。
指南針的發(fā)明是古代先民對(duì)磁現(xiàn)象的觀察和研究的結(jié)果。古代先民對(duì)磁現(xiàn)象的觀察和研究的過(guò)程中，進(jìn)一步了解了磁的性質(zhì)，并試圖更多地應(yīng)用這些性質(zhì)。傳說(shuō)秦始皇修建阿房宮時(shí)，有一宮門是用磁鐵制造的。如果刺客帶劍而過(guò)，立刻會(huì)被吸住，被衛(wèi)兵當(dāng)場(chǎng)捕獲。這樣的故事還很多，《晉書.馬隆傳》記載馬隆率兵西進(jìn)甘、陜一帶，在敵人必經(jīng)的狹窄道路兩旁，堆放磁石。穿著鐵甲的敵兵路過(guò)時(shí)，被牢牢吸住，不能動(dòng)彈了。馬隆的士兵穿犀甲，磁石對(duì)他們沒(méi)有什么作用，可自由行動(dòng)。敵人以為神兵，不戰(zhàn)而退。東漢的《異物志》記載了在南海諸島周圍有一些暗礁淺灘含有磁石，磁石經(jīng)常把“以鐵葉錮之”的船吸住，使其難以脫身。
魏晉南北朝時(shí)，我國(guó)先民對(duì)磁石的性質(zhì)已有了很多認(rèn)識(shí)。就連當(dāng)時(shí)的詩(shī)人曹植在矯志詩(shī)中也用了“磁石引鐵，于金不連。”的句子?？梢?jiàn)他也了解磁石的性質(zhì)。南北朝梁代的陶弘景在《名醫(yī)別錄》中提出了磁力測(cè)量的方法，他指出：優(yōu)良磁石出產(chǎn)在南方，磁性很強(qiáng)，能吸引三、四根鐵針，使幾根針首尾相連掛在磁石上。磁性更強(qiáng)的磁石，能吸引十多根鐵針，甚至能吸住一、二斤刀器。陶弘景不僅提出了磁性有強(qiáng)弱之分，而且指出了測(cè)量方法。這可能是世界上有關(guān)磁力測(cè)量的最早記載。
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