高中物理第五章磁场与回旋加速器51磁与人类文明素材沪科版选修3-1

《高中物理第五章磁场与回旋加速器51磁与人类文明素材沪科版选修3-1》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、磁与人类文明从《梦溪笔谈》看沈括对磁学的贡献与浅评梦溪笔谈，北宋科学家•政治家沈括(1031——1095)撰，是一部涉及古代汉族自然科学・工艺技术及社会历史现象的综合性笔记体著作。其中仅关于自然科学的条目就有二百多个，内容涉及到天文，数学，物理，化学，生物，气彖，地质，医药，兵器，地理，冶金和工程技术等诸多领域。被誉为“中国科学史的里程碑”，同时在国际上也有很高的评价，英国科学史家李约瑟评价梦溪笔谈为“中国科学史上的坐标”。二十世纪以来，学术界对梦溪笔谈的研究是极其丰富与广阔的，不仅对作者的背景及书籍版本进行了

2、研究和考证，而且分别从数学，物理，化学等白然科学领域进行对比研究与评价,本文主要是对梦溪笔谈屮关于磁学的条目进行浅析，以期能够总结沈括对磁学的发展做出的贡献。一、关于指南针的发明与利用说到磁学就要谈一下指南针的发明与利用，马克思曾说：“火药，指南针，印刷术一一这是预告资产阶级社会到来的三大发明。火药把骑士阶层炸得粉碎，指南针打开了世界市场并建立了殖民地，而印刷术则变成新教的工具，总的来说变成科学复兴的手段，变成对精神发展创造必要前提的最强大的杠杆”。［1］。由此可知指南针的重要。我国古籍中关于磁石的最早记载，是

3、在《管子•地教篇》•!'：“上有慈石者，下有铜金。”人们在同磁石不断接触中,逐渐了解到它的某些特性，并且利用这些特性来为人类服务，其代表成果就是司南。司南是指南针问世之前最古老的磁性指向器。有关司南的最早记述见于战国末的《韩非子•有度》：“夫人臣之侵其主也，如地形焉，即渐以往，使人主失端，东西易面而不自知。故先王立司南以端朝夕。”这是司南二字第一次出现在中国的文字记载，但是过于简略，只有名称而没有关于司南的介绍。东汉王充在其《论衡•是应篇》小写道“司南之杓，投之于地，其柢指南”。这段文字说明了“司南”的形状，使

4、用方法以及它的指极性。王振铎先生对这段话作出了严谨的考证，并对司南进行了科学的复制，他的复制样品己经被国内外科学技术史界和文化界普遍接受。［2］从天然磁石制作的司南到以磁化方法制造指南针，在科学方法和科学认识上无疑是一个巨大的进步。由司南向指南针的过渡过程大概是在唐宋之际完成的，因此，关于指南针的文献记载毫无征兆的丰富起来，不仅有指南针，述出现了磁化铁针，铁片的方法，以及地磁偏角的发现。在这里就不得不说沈扌舌的《梦溪笔谈》了，以磁感应法磁化钢针，磁针的多种安装方法和磁偏角都在该书中有详细的记载。二、《梦溪笔谈》

5、中的指南针沈括在《梦溪笔谈》卷二十四《朵志一》［3］中写道“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，指爪及碗唇上皆可为之，运转尤速，但坚滑易坠，不若缕悬为最善。其法：取新纺中独茧缕，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。予家指南，北者皆有之。磁石之指南，犹柏之指西，莫可原其理。”按沈扌舌的说法，当时的技术人员用磁石去摩擦缝衣针，就能使针带上磁性。从现在的观点来看,这是一种人工磁化的方法，利用天然磁石的磁场作用，使钢针内部磁畴的排列趋于某一方向,从而使钢针显示出磁性

6、的方法。这种方法比地磁法简单，而且磁化效果比地磁法好，摩擦法的发明不但世界最早，而且为有实用价值的磁指向器的岀现，创造了条件。其后沈括又在《梦溪笔谈•补笔谈》卷三《药仪》［4］中补充道：“以磁石磨针锋，则锐处常指南，亦有指北者，恐石性亦不同，如夏至鹿角解，冬至麋角解，南北相反，理应有异，未深考耳。”从现在的观点来看，这是一种利用天然磁石的磁场作用，使钢针内部磁畴的排列趋于某一方向，从而使钢针显示出磁性的方法。这是说，用磁石去摩擦缝衣针后，针锋有时指南，也有时指北。从现在的观点來看，磁石都有N和S两个极，磁化时缝

7、衣针针锋的方位不同，则磁化后的指向也就不同。但沈括并不知道这个道理，他真实的记录了这个现象并坦白承认自己没有做深入思考。简单的说，沈括总结和记载了四种指南针的装置方法。第一种是水浮法，将磁针上穿几根灯心草浮于水面进行指南，这是水罗盘的肇始，后来广泛用于早期航海，虽然比较平稳,但容易动荡不定；第二种是指甲旋定法，将磁针置于指甲上，指甲表面光滑，磁针转动灵活,但容易滑落；第三种是碗唇旋定法，将磁针置于碗口边上，转动较灵活，也容易滑落；第四种是缕旋法，用蚕丝将磁针悬挂起来，可达到转动灵活而又稳定。这四种方法中，安装指

8、南针的缕悬法，被沈括论断为最佳的方法，同时被后世证明是比较具有科学意义的方法，法国科学家库伦（CM.deCoulomb,1736——1806）,1777年在参加法国科学院悬赏征集船用罗盘的最佳方案时，以他的《关于制造磁针的最优方法的研允》一文，提出以丝悬指南针的方法，从而获得了头等奖。而这个方法早在他600年前沈括就进行了记载。三、地磁偏角磁偏角、磁倾角（地球磁场和水平面的夹角）和地磁