在指南針發明之前，人類經常在茫茫大海中迷失方向，造成難以想象的後果。是中國人發明了指南針，給人類的航行指明了方向。指南針是用來判斷方向的簡單工具。中國古代四大發明之壹。主要部件是可以在軸上自由旋轉的磁針。磁針在地磁場的作用下可以保持在磁子午線的切線方向。磁針的北極指向地理南極，這個性質可以用來辨別方向。它常用於航海、大地測量、旅遊和軍事。
指南針的發明是我國勞動人民在長期實踐中對物體磁性認識的結果。由於生產勞動，人們接觸到了磁鐵礦，並開始了解它的磁性。人們首先發現了磁鐵吸引鐵的性質。後來發現了磁鐵的指向性。經過多次實驗和研究，終於發明了壹種實用的指南針。
磁現象的發現
在先秦時代，我們的祖先已經積累了很多這方面的知識，在勘探鐵礦的時候經常會遇到磁鐵礦，也就是磁鐵礦(主要成分是四氧化三鐵)。這些發現早已被記錄下來。這些發現最早記載在《管子》的幾篇文章中:“山上有磁石，下有金銅。”其他古籍也有類似記載，如《山海經》。磁鐵的吸鐵特性早就被發現了，《呂氏春秋》九卷主篇有:“慈吸鐵，或吸之。”當時人們把“磁性”稱為“善良”。他們認為磁鐵吸引鐵是慈母對孩子的吸引力。並認為:“石頭是鐵之母，但石頭有善良和不善良兩種。善良可以吸引他的孩子，不善良不行。”
漢代以前，人們把磁石寫成“觀世音石”，意為愛石。
既然磁鐵能吸引鐵，那它們能吸引其他金屬嗎？我們的祖先做了很多嘗試，發現磁鐵不僅不能吸引金、銀、銅等金屬，也不能吸引磚瓦。西漢時期，人們認識到磁鐵只能吸引鐵，不能吸引其他物體。
當兩塊磁鐵放在壹起並相互靠近時，有時它們相互吸引，有時它們相互排斥。現在人們都知道磁鐵有兩極，壹個叫N極，壹個叫S極。同性相斥，異性相吸。當時人們並不知道這個道理，但還是能感知到這個現象。
西漢時，有壹位煉丹師，名叫欒達。他利用磁鐵的這壹特性制作了類似兩個棋子的東西。通過調整兩個棋子極性的相互位置，有時兩個棋子相互吸引，有時又相互排斥。欒大稱之為“鬥棋”。他把這部小說獻給漢武帝，現場演示。漢武帝又驚又喜。他被評為“五福將軍”。欒大力利用磁鐵的性質，做出新奇的東西來欺騙漢武帝。
地球也是壹塊大磁鐵，它的兩極分別靠近地理南極和地理北極。因此，當地球表面的磁鐵可以自由旋轉時，由於磁鐵同極性相斥，反極性相吸的性質，它們會表示南北。古人不懂這個道理，但對這種現象非常了解。
指南針的始祖——新浪
指南針的始祖出現在戰國時期。它是由天然磁鐵制成的。它看起來像壹個圓底的勺子，可以放在光滑的“場地”上保持平衡，可以自由旋轉。當它靜止時，勺子的柄會指向南方。古人稱之為“司南”，在當時的《韓非子》壹書中有:“王力司南取時先。”“早晚收場”的意思是方，東方。《鬼谷子》中記載了新浪的應用，鄭人采玉時帶著新浪，以確保不迷路。
春秋時期，人們已經可以將硬度為5-7度的軟玉、硬玉打磨成各種形狀，因此也可以用硬度只有5.5-6.5度的天然磁鐵來制作司南。東漢王充在《論衡》壹書中對司南的形狀和用法做了明確的記載。新浪是經過琢磨用壹整塊天然磁鐵做成的，勺子的手柄經過極導，使整個勺子的重心正好落在勺子底部的正中間，勺子放在壹個光滑的場地，周圍是壹個四維的莖幹和樹枝，合成24個方向。這個設計是古人仔細觀察了自然界中許多與磁性有關的現象，積累了大量的知識和經驗後，經過長期研究完成的。新浪的出現是人們對磁鐵手指極性認識的實際應用。但是，新浪也有很多缺陷。天然磁鐵不好找，加工過程中受沖擊受熱容易失磁。所以新浪的磁性比較弱，與站點的接觸要非常順暢，否則會因為轉動摩擦阻力太大而難以轉動，達不到預期的引導效果。而且新浪有壹定的體積和重量，不方便攜帶，這可能是新浪長期沒有被廣泛使用的主要原因。
新浪由壹個青銅圓盤和壹個天然磁鐵制成的磁勺組成。青銅盤刻有24個方向，磁勺放在盤的中心圓形面上。當它靜止時，勺子的尾部指向南方。
指南針的發明
在古代，人們常把薄薄的鐵葉切成魚的形狀，魚的腹部略凹，像壹只小船。磁化後浮在水面，可指南北。那時候是當遊戲用的。東晉的崔寶曾在《古今筆記》中提到過這種“導盲魚”。
北宋曾公亮在《五經總論》中載有導魚的制作和使用方法:“以薄鐵葉割之，長二寸，寬五分，頭尾如魚之尖，以炭火燒之。侯同池，以鐵鑊、鐵鍋魚為初火，尾正，蘸盆，密器止。使用時，把水碗平放在無風的地方，魚就會浮在水面上，它的第壹個方向永遠是正午。”這是壹種人工磁化方法，利用地球磁場來磁化鐵片。也就是把燒紅的鐵片放在子午線方向。熾熱的鐵片內部的分子處於相對活躍的狀態，使得鐵分子沿著地球磁場的方向排列，達到磁化的目的。這種排列可以通過將其浸入水中來快速固定，並且可以通過將魚尾稍微向下傾斜來增加磁化程度。人工磁化法的發明對指南針的應用和發展起到了巨大的作用。這也是磁學和地磁發展史上的壹件大事。北宋沈括在《孟茜筆談》中提到了另壹種人工磁化的方法:“方家可以用磁鐵引導。”據沈括介紹，當時的技術人員用磁鐵摩擦縫衣針，使針具有磁性。從現在來看，這是壹種利用天然磁鐵的磁場，使鋼針內磁疇的排列趨向某壹方向，從而使鋼針呈現磁性的方法。這種方法比地磁法簡單，磁化效果比地磁法好。摩擦法的發明不僅是世界上最早的，也為實用磁指向儀的出現創造了條件。
沈括在《孟茜筆談·補談》中也談到了摩擦法磁化過程中的各種現象:“若用磁石針鋒相對，則銳而總導，有人指北方，而不怕石頭...相反，應該有南北差異，這壹點還沒有深入研究。”也就是說，用磁鐵摩擦縫衣針後，有時會針鋒相對地指向北方。從現在來看，所有的磁鐵都有N和s兩個磁極，磁化時縫紉針的朝向不同，所以磁化後的方向也不同。但是沈括並不知道這個道理。他真實記錄了這壹現象，並坦率承認自己沒有深入思考。希望後人能進壹步探索。
關於磁針的安裝方法，沈括介紹了四種方法:
1.水漂——在磁針上放幾根燈芯讓它浮在水面上，就可以指示方向了。
2.碗唇旋轉法——將磁針放在碗口邊緣，磁針可以旋轉指示方向。
3.指甲旋轉法——把磁針放在指甲上。由於指甲表面光滑，磁針可以自由旋轉，指示方向。
4.暮光掛法——在磁針中間塗上壹些蠟，粘上壹根絲，掛在無風的地方指明方向。
沈括也比較了四種方法。他指出，水浮法最大的缺點是水面容易晃動，影響測量結果。碗唇旋轉和指甲旋轉因為摩擦力小所以靈活，但是容易脫落。沈括強調懸掛法，他認為這是壹種理想而實用的方法。實際上，沈括指出的四種方法已經概括了迄今為止指南針裝置的兩種體系——水針和幹針。
《孟茜筆談》是沈括(1031—1095)寫的壹部關於中國古代科技的書，書中談到了磁學和指南針的壹些問題。
南宋時，陳在《廣記》中介紹了另壹種導魚、導龜的制作方法。這種無指魚和《武經通論》中記載的不壹樣。用手指大的木頭雕刻成魚的形狀。在木魚的肚子裏放壹塊天然磁鐵，磁鐵的S極指向魚的頭部。用蠟封住後，從魚的口中插入壹根針，就成了無指魚。把它浮在水面上，壹個魚頭導，也是水針的壹種。
導遊龜是當時流行的新設備。在木龜的腹部放置壹塊天然磁鐵，在木龜的腹部下方挖壹個光滑的洞，並將其對齊，放在壹個尖尖的竹釘上，竹釘直立在木板上，這樣木龜就被放置在壹個固定的可自由旋轉的支點上。因為支點處的摩擦力很小，所以木龜可以自由轉動導軌。當時不是用來導航的，是用來幻術的。但這是後來出現的幹旱羅盤的前身。
導遊龜發明的時間不晚於1325。木塊雕刻成烏龜形狀，在烏龜腹部中央嵌有磁鐵。木龜被放在壹根尖尖的立柱上，靜止時分別指向南北。
羅盤定位
為了確定方向，除了指南針，還需要有方位盤配合。最初使用指南針時，可能沒有固定的方位盤。隨著方位測量的需要，出現了磁針和方位盤壹體化的羅盤。羅盤包括風水羅盤、水羅盤和幹旱羅盤。
方位盤面還是24個方向，但是盤面已經從方形演變成了圓形。這樣，只要看方位板上磁針的位置就可以確定方位。南宋時，曾三益在《銀華錄》中記載了這方面的文獻:“田螺或有子午針，或在子午針間縫壹針。”這是關於指南針的最早文獻。文獻中提到的“地螺”就是地螺，也就是指南針。磁偏角的知識在文獻中已經應用到指南針上。這種羅盤不僅有子午針(決定地磁場南北極方向的磁針)，還有子午針(由日影決定的南北極地理方向)。這兩個方向之間的夾角就是磁偏角。
圓盤周圍刻二十四個方向，裏面裝水。磁針穿過燈草，漂浮在水面上。
現在知道地球的兩個磁極只是靠近地理上的南北極，並不重合。磁針指向的是地球的磁極而不是地理上的南北極，所以磁針指向的是稍微偏離而不是正南正北的方向。這個角度叫做磁偏角。因為地球幾乎是球形的，磁針指向磁極時會向下傾斜，與水平方向有壹個角度，稱為磁傾角。不同位置的磁偏角和磁傾角是不同的。北宋《吳要》在論述用地磁方法制作羅盤時，註意到了磁傾角的運用。沈括在《孟茜筆談》中談到了不完整的羅盤，它常常是略偏東的。指出了磁偏角的存在。磁偏角和磁傾角的發現使指南針指向更加準確。
磁性的應用
指南針壹經發明，就迅速應用於軍事、生產、日常生活、地形測量等各個方面，尤其是航海。指南針在航海中的應用有壹個逐漸發展的過程。比《孟茜筆談》稍晚的《周萍客談》中記載:“船師通地理，但夜觀星宿，晝觀太陽，暗觀羅盤。”這是世界航海史上最早使用指南針的記錄。指出指南針只有在日月星辰都看不見的時候才使用，說明指南針剛開始使用的時候並不熟練。20多年後，許婧的《玄鶴峰李誌高圖經》也有類似記載:“只望群星，若陰郁，用導浮針拍擊南北。”在元朝，指南針成為海上導航最重要的工具。無論晴天還是陰天，我都用指南針導航。而且還編制了使用羅經導航的不同航行地點的羅經針位連接圖，稱之為“針路”當船舶行駛到某壹地點時，針位的方向和沿途的路線都被明確標示出來，作為航行的依據。
指南針的發明是古代先民對磁現象觀察和研究的結果。在觀察和研究磁現象的過程中，古代先民進壹步了解了磁性的性質，並試圖更多地應用這些性質。傳說秦始皇修建阿房宮時，其中壹個宮門是用磁鐵做的。如果壹個刺客拿著劍經過，他會立刻被衛兵抓住。這樣的故事還有很多。《晉書·馬龍傳》記載，馬龍率部西進甘肅、陜西，在敵人必經的羊腸小道兩側堆積磁鐵。當穿著真甲的敵兵經過時，被牢牢吸住，動彈不得。馬龍的士兵穿著犀牛甲，磁鐵對他們沒有影響，可以自由行動。敵人以為法寶不戰而退。東漢時期的《異物誌》中記載，南海諸島周圍有壹些暗礁、淺灘中含有磁鐵，磁鐵經常吸引“被鐵葉遮擋”的船只，使其難以出航。
在魏晉南北朝時期，我們的祖先已經有了很多關於磁鐵性質的知識。就連當時的詩人曹植也在焦植的詩中用了“磁石吸鐵，黃金不相連”。句子。可以看出他也了解磁鐵的性質。梁南北朝陶弘景在《名醫錄》中提出了磁測法。他指出，優秀的磁鐵產於南方，磁性很強，能吸引三四根鐵針，這樣磁鐵上就能首尾相連掛幾根針。磁性更強的磁鐵可以吸引十多根鐵針，甚至可以裝下壹兩斤刀。陶弘景不僅指出了磁性有強有弱，還指出了測量方法。這可能是世界上最早的磁測量記錄。
我們的祖先對磁鐵性質的研究和認識是指南針發明和發展的基礎。
中國在北宋發明了兩種人工磁化的方法:壹種是沈括所說的用天然磁鐵摩擦鋼針的方法，另壹種是利用地球磁場磁化鋼鐵。
人們把壹根磁化的鋼針穿過幾根燈心草，放在壹個盛滿水的碗裏，這樣鋼針就能浮在水面上，為船只指明方向。這是世界上最早指出方向的儀器——指南針。而且很多動物都學會了利用地球磁場來辨別我們面前的方向。
火藥
火藥是中國古代四大發明之壹。因為它是由硝石、硫磺和木炭混合而成，而且當時人們把這三樣東西當作藥物來治病，所以取名“火藥”，意為“火藥”。
自秦漢以來，煉金術士就用硫磺、硝石等物質煉丹，並從偶然的爆炸中獲得靈感。經過多次實踐，他們找到了火藥的配方。三國時期，壹位聰明的技師馬俊，用紙包火藥，做出了娛樂用的“爆炸頭仗”，開創了火藥的應用。
唐朝末年，火藥開始應用於軍事。人們用投石機點燃火藥包，扔出去燒死敵人。這是最原始的火炮。後來，人們在箭桿頭部附近包裹球形火藥，點燃導火索。後來，他們用弓箭射火藥，燒死敵人。還有火藥，毒藥，加上壹些浸出，桐油等。，搗碎在壹起做成毒球。點燃後用弓箭射死敵人，成了“萬人敵”。宋代時，人們將火藥裝入竹筒中，在火藥後面綁上微小的“定向棒”，點燃火管上的硝酸鹽，使管內火藥迅速燃燒，產生向前的推力，使其飛向敵陣爆炸。這是世界上第壹枚火藥火箭。後來發明了火槍和槍。這些是用竹子制成的原始管狀火器，它們是現代槍支的祖先。
造紙
造紙術的發明是中華民族對世界文明的貢獻之壹。
大約3500年前的商朝，中國就有了刻在龜甲獸骨上的文字，稱為甲骨文。春秋時期，龜甲、獸骨被竹片、木屑代替，稱為竹簡、木簡。甲骨文和竹簡都很重。戰國時期，思想家惠施外出講學，隨身帶了五本書和簡牘，於是有了學富五車的典故。西漢時，宮廷貴族中，用絲綢或棉紙書寫。蠶絲是蠶絲的總稱。在絲綢上寫字，很容易寫。它不僅比竹簡多得多，還可以在上面作畫，但價格昂貴，只有少數皇家貴族才能使用。在公元前2世紀的西漢早期，紙就已經出現了。
創造者
東漢元興元年(公元105年)，蔡倫在總結前人制作絲織水晶經驗的基礎上，以樹皮、破漁網、破布、麻頭等為原料，發明了適合書寫的植物纖維紙，使紙成為廣泛使用的書寫材料。叫做“蔡侯紙”。
蔡倫只是改進了造紙術，不是紙的發明者。
造紙術在7世紀通過朝鮮傳入日本。它在8世紀中葉傳播到阿拉伯聯合酋長國。直到公元12世紀，歐洲才開始效仿中國，建立工廠造紙。
發明地點
洛陽
活字印刷
印刷術是中國古代四大發明之壹。始於隋代的雕版印刷，經宋仁宗的畢升發展完善，產生了活字印刷術，由蒙古人傳到歐洲，所以後人稱畢升為印刷術的始祖。中國的印刷術是現代人類文明的先驅，為知識的廣泛傳播和交流創造了條件。
雕版印刷就是用刀在壹塊木頭上刻出壹個凸出的反寫，然後上墨印在紙上。每印壹本新書，板子都要從頭刻，非常慢。刻錯了就要重新刻，辛苦可想而知。
公元1004年至1048年間，北宋刻家畢升用細而粘的泥土做成長方形的長柱，上面刻上字，放入窯中用力燒制，形成活字。然後根據文章內容，把字按順序排好，放在鐵架上做成印刷板，再放在火上加熱壓平，就可以印刷了。打印後取下活字，下次再用。這種改進的印刷被稱為凸版印刷。
這種印刷方法雖然原始簡單，但和現代印刷術的原理是壹樣的，讓印刷技術進入了壹個新的時代。
後來元代著名的農學家、機械師王鎮發明了適合漢字復雜特點的木制活字和比較簡單的轉盤排版法，後來又發明了金屬活字，改進了活字印刷。唐朝的印刷版畫傳到了日本。8世紀後期，日本完成了《達拉尼經》，隨後流傳到朝鮮民主主義人民共和國、阿聯酋和東歐。15世紀，德國人學會了用合金鑄造建築，畢升開創的活字印刷術傳遍了歐洲。
北宋科學家、政治家沈括曾在《孟茜談》中寫過壹篇名為《活板門》的文章，裏面詳細介紹了活板門印刷的全過程，通俗易懂，非常詳細。