司南由青铜盘和天然磁体制成的磁勺组成,青铜盘上刻有二十四向,置磁勺于盘中心圆面上,静止时,勺尾指向为南。每块磁铁两头都有不同的磁极,一头叫S极,另一头叫N极。我们居住的地球,也是一块天然的大磁体,在南北两头也有不同的磁极,靠近地球北极的是S极,靠近地球南极的是N极,也正是因为地磁极和地理两级不完全重合,才出现了地磁偏角现象。我们知道,同性磁极相斥,异性磁极相吸引,所以,不管在地球表面的什么地方,拿一根可以自由转动的磁针,它的N极总是指向北方,S极总是指向南方。二千多年以前,也就是春秋战国时候,中国已经用铁来制造农具了。劳动人民在寻找铁矿的时候,就发现了磁铁,并且知道它能够吸铁。《梦溪笔谈》是沈括(1031—1095年)所著的有关中国古代科学技术的著作,书中谈到磁学和指南针的一些问题。他在《梦溪笔谈》的补笔谈中谈到了摩擦法磁化时产生的各种现象:“以磁石摩针锋,则锐处常指南,亦有指北者,恐石性亦不……,南北相反,理应有异,未深考耳。”这是说,用磁石去摩擦缝衣针后,针锋有时指南,也有时指北。磁石都有N和S两个极,磁化时缝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。以期望后人能进一步探讨。装置方法关于磁针的装置方法,沈括介绍了四种方法:1.漂浮法指南针——将磁针上穿几根灯心草浮在水面,就可以指示方向。2.碗唇旋定法指南针——将磁针搁在碗口边缘,磁针可以旋转,指示方向。3.指甲旋定法指南针——把磁针搁在手指甲上面由于指甲面光滑,磁针可以旋转自如,指示方向。4.缕悬法指南针——在磁针中部涂一些蜡,粘一根蚕丝,挂在没有风的地方,就可以指示方向了。5. 支撑式指南龟——将指南针换做为一个龟形磁石,头指南,尾指北【与缕悬法指南针无较大差异】指南龟是当时流行的一种新装置,将一块天然磁石放置在木刻龟的腹内,在木龟腹下方挖一光滑的小孔,对准并放置在直立于木板上的顶端尖滑的竹钉上,这样木龟就被放置在一个固定的、可以自由旋转的支点上了。由于支点处摩擦力很小,木龟可以自由转动指南。当时它并没有用于航海指向,而用于幻术。但是这就是后来出现的旱罗盘的先声。指南龟发明年代不晚于1325年。木块刻成龟型,龟腹部中心嵌以磁体,木龟安放在尖状立拄上,静止时首尾分指南北。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。盘面周围刻二十四方位,内中盛水,磁针横穿灯草,浮于水面。人们已经知道,地球的两个磁极和地理的南北极只是接近,并不重合。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。成书于北宋的《武经总要》在谈到用地磁法制造指南针时,就注意利用了磁倾角。沈括在《梦溪笔谈》谈到指南针不全指南,常微偏东。指出了磁偏角的存在。磁偏角和磁倾角的发现使指南针的指向更加准确。魏晋南北朝时,中国先民对磁石的性质已有了很多认识。就连当时的诗人曹植在矫志诗中也用了“磁石引铁,于金不连。”的句子。可见他也了解磁石的性质。南北朝梁代的陶弘景在《名医别录》中提出了磁力测量的方法,他指出:优良磁石出产在南方,磁性很强,能吸引三、四根铁针,使几根针首尾相连挂在磁石上。磁性更强的磁石,能吸引十多根铁针,甚至能吸住一、二斤刀器。陶弘景不仅提出了磁性有强弱之分,而且指出了测量方法。这可能是世界上有关磁力测量的最早记载。磁石吸铁是因为每块磁石两头都有不同的磁极,一头叫正极,另一头叫负极。人类居住的地球也是一块天然大磁铁,地球的南北两头也有不同的磁极,地球的北极是负磁极,地球南极为正磁极。根据同性磁极相排斥,异性磁极相吸引的原理,拿一根可以自由转动的磁针,无论站在地球的什么地方,它的正极总是指北,负极总是指南。战国时期,人们利用磁石指示南北的特性制成了指南工具──司南。但是,战国时期的司南是什么样子无法考证。《中国历史》课本插图──“司南”,是根据中国历史博物馆展品“汉代司南模型”绘制的。这个模型是后人根据史书记载以及地下出土的汉代地盘实物制成的。