古人为了方便生产生活,发明了司南。它是指南针的始祖,其原理是利用磁性来指示方向。古人把磁石打磨凿雕成一个勺形,磁石的南极(S极)磨成长柄,放在青铜制成的光滑如镜的底盘上,再铸上方向性的刻纹。当磁勺在底盘上停止转动时,勺柄指的方向就是正南,而同时勺口指的方向是正北。

东汉王充的《论衡?是应篇》中记载:“司南之杓,投之于地,其柢指南。”说的就是司南的指向作用。而现存史料中最早记载司南的,是战国时期的《鬼谷子》一书,写道:“故郑人之取玉也,载司南之车,为其不惑也。”司南之车,说的就是司南。而《韩非子?有度篇》里也说“先王立司南以端朝夕”,“端朝夕”就是正方向的意思。

司南虽好,但确有其弊端。理由如下:

首先,你要确保底盘的平稳性;如果接触面略有倾斜,就会造成测量上的误差。其次,如果在测量点附近有较大磁石或者磁力作用,就会造成测量偏差。再次,做工要精准。司南要求做工精湛无误,如果底盘不够光滑,或者平衡性差,都会引起测量误差。最后,司南器具的大小限定了它不易携带的缺点。因此,由于这些缺陷,致使司南不能大规模地推广应用。

由司南延伸出来的指南针,则是利用了地磁场的原理,通过磁针在磁场作用下可以指向地理的北极的这一原理,来辨别方向。同司南一样,由于易受磁石干扰,指南针也会出现判断偏差。

举例说明,如图1所示:求点Ⅱ相对于点Ⅰ的位置。

传统作业中,为了确定两点间的相对位置,通常是以一个点为参照点,将其按照指定方向“北方”做南北延长线,如图示2所示:

接着,以参照点此点为基点,做出东西方向的指示线,并标出另一点位置,则作业完成。如图3所示:

最后,读出方位即可。即:点Ⅱ位于点Ⅰ的东南方向。

在实验研究的过程中,我们可以发现对于两点相对位置的测定,有一个变量和一个不变量的存在,那就是指向标永远固定地指向北方,而两点的位置却在时时变化。而这一点的发现,也使地理测量尺在设计上更具可行性。避免以上复杂的操作过程,采用了新的构造原理,以便简化操作流程。

首先,地理测量尺的构造。

这是一副双层推拉尺,和普通尺子比较,除了大小、功能一样外,还多了些其他巧妙地构造。他有一个镂空带刻度且具有齿槽的尺座(1),尺座(1)的槽内固定一个可以推拉活动的推拉盘(2),上面刻有镂空的十字指向标(4),而尺座上也有一个镂空的指南针(3)。齿槽可以保证尺子在推拉过程中的顺畅,镂空槽可以确保固定需要测量的点的位置,十字指向标则具有指向功能。如图所示:

通过看图,我们可以发现,在设计过程中,将原来需要标注“南北”、“东西”方向的人工辅助线转变为镂空的十字坐标和指南针,既节省时间,又简单明了。

其次,测量尺的操作方法。

首先将参照点置于尺座上镂空的指南针的中心,然后移动推拉盘固定另一点位置,最后读出处尺子上的方向即可。这里运用了尺子的推拉性和十字指向标的指向性,使得测量更为准确,不易受外界干扰。

通过对比可以得知,原始操作方法需要确保方向的准确性和十字标的精确性,才不会有误差。而“地理定位尺”避免了上述问题,节省时间,精确有效。

值得注意的是,在现实的地理学习过程中,很多人苦恼于经纬网的章节,其中,确定两点的相对方位问题尤为头疼。在处理这种问题时,大多数人采取“上北下南左西右东”的惯例,但较多情况下指向标多在图上指向稍微倾斜的方向。另一方面,老师在地理教学过程中,在讲解相对方向时,常因经纬网的复杂性而无法讲清,致使学生学习困难。不能否认的是,对于航海、地质、勘探以及野外生存的人而言,方向的准确判断同样至关重要。如果无法把握正确的方向,会导致勘探的失败或者生存希望的破灭。所以在这种情况下,急需一种测定工具来解决问题。

此实用新型专利填补了这项空白。由于它的操作方法简单,外观小巧精致易于携带,并且操作过程中对专业性要求不高,定位准确、使用便捷,除方便教师教学、学生学习之余,也为航海、地质、勘探和野外球而生的人带来便利。

另一方面,它具有很高的科研意义和经济效益。例如涂卡器尺子,由清华研发,方便考生用2B铅笔涂卡。这项发明在转化生产后,产生很高经济效益。仅每年的考生需求,就相当客观。同样,如果将此尺子附于生产,必会满足许多学生和教师需求,会给更多的人带来便捷的享受,同时带来客观的经济收入。