司南是我國春秋戰國時代發明的一種最早的指示南北方向的指南器，還不是指南針。根據春秋戰國時期的《韓非子》書中和東漢時期思想家王充寫的《論衡》書中的記載，以及現代科學考石學家的考證和所制的司南模型，說明司南是利用天然磁石(古代稱慈石，用慈愛來描述磁石吸鐵現象)制成湯勺形，由其勺柄指示南方。而在春秋戰國時期的《管子》書中和《山海經》書中便有了關于慈石的記載，而在這一時期的《鬼谷子》書中和
《呂氏春秋》書中還進一步有了慈石吸鐵的記載。這可以說是古代最早的磁指南器，現在北京的中國歷史博物館和其他地方的許多博物館都有司南的模型展出。這里要指出關于指南車的問題，歷史上傳說黃帝(約公元前47世紀)和西周周公(約公元前21世紀)曾制造和使用指南車，但是經過后來的文獻考證和模型制作試驗，都已證明指南車與指南針沒有關系，漢代以后的指南車是依靠機械結構，而不是依靠磁性指南的。現在北京的中國歷史博物館中也有指南車的模型展出。 司南是利用天然磁石制造的，在礦石來源、磨制工藝和指向精度上都受到較
多的限制，因此到了北宋時代 ，由于軍事和航海等需要和材料與工藝技術的發展，先后利用人造的磁鐵片和磁鐵針以及人工磁化方法制成了在性能和使用上比司南先進的指南魚和指南針。指南魚的制法最早出現在北宋的《武經總要》(公元1044年)書中，大意是將鐵片剪成首尾兩端尖銳的魚形，放在炭火中燒紅后取出，使尾部指向北方斜放入水中。將這樣制成的指南魚放在水碗中便可指示南北方向。可以看出，這種長期經驗積累的制造方法是符合科學原理的：首先利用水中淬火產生相變和(地)磁場熱處理可以提高指南魚鐵片的磁性和矯頑力，其次利用首尾兩端尖銳的長條形鐵片可以提高指向精度和減小退磁因數，再次是利用鐵片向北傾斜放入水中淬火能更接近地(球)磁場傾角即接近總地磁場方向，可以提高磁場熱處理的效果。
在指南魚發明后不久，又發明了一種意義更重大、制法更簡單、使用更方便和用途更廣泛的指南針。最早是北宋的著名政治家和科學家沈括(圖5)在其著作《夢溪筆談》(公元1086年)中記述的，大意是利用天然磁石磨鐵針，受磨的鐵針就能指向南方。有4種指南針的用法：將指南針放在指甲上的指爪法，將指南針放在碗口邊上的碗唇法，將指南針懸掛在新蠶絲上并用蠟粘住的縷懸法，將指南針橫貫燈尺而浮水面的浮針法。還記述指南針并不完全指南，而是略微東。這就是磁偏角現象這 表明當時對于指南針的指向觀察是很仔細的。 宋代，勞動人民掌握了制造人工磁體的技術，又制造了指南魚。指南魚是把薄鋼片剪成魚形，長二寸，寬五分，魚的肚皮部分凹下去，使魚象船一樣能浮在水面上。然后把魚和天然磁鐵放在一起，由于磁體的吸力，鋼片受磁感應也具有磁性。這種人工傳磁方法制成的指南魚比使用司南方便多了，只要有一碗水，把指南魚放在水面上就能辨別方向了。經過長期的改進，人們又把鋼針在天然磁體上磨擦，鋼針也有了磁性。這種經過人工傳磁的鋼針可以說是正式的指南針了。沈括在他的《 夢溪筆談 》中提到他對指南針的用法做過四種試驗， 即水浮法、 縷懸法、指甲法和碗唇法。“ 水浮法 ”是把指南針放在有水的碗里，使它浮在水面上，指示方向。“縷懸法”就是在磁針中部涂上一些蠟，上面粘一根絲線，把絲線懸在木架上，針下安放一個標有方位的圓盤，靜止時鋼針就指示南北。“指甲法”就是把鋼針放在手指甲面上，輕輕轉動，由于手指甲的光滑，磁針就和司南一樣也能發生指南作用。“碗唇法”是把磁針放在光滑的碗邊上，轉動磁什，便和指甲法一樣發生指南作用。沈括經過精密的觀察實驗，還發現磁針指示的方向并不是正南正北，而是微偏西北和東南，這種發現在科學上叫磁偏角。 我國不但是世界上最早發明指南針的國家，而且也是最早把指南針用于航海的國家 。十一世紀末，指南針開始用于航海，北宋時候的朱彧在《萍洲可談》里講到當時海船上的人辨認地理方向，晚上看星辰，白天看太陽，陰天落雨就看指南針。北宋時期出使朝鮮的徐競在《宣和奉使高麗圖經 》中也說 ：船隊航海，夜晚“ 視星斗前邁，若晦冥 ，則用指南浮針”。可見那時從事航海的人們已經普遍地掌握了指南科學知識。隨著指南針在航海上的廣泛應用，指南針本身裝置也得到了改進。南宋時開始把磁針與分方位的裝置組裝成一個整體，這就是羅盤。到了元朝，又有人造出立針式的指南龜和指南魚。課本上的指南針插圖，是現代所用指南針的示意圖。 指南針 指南針的發明和應用，不僅使人們克服了遠航時不易辨別方向的困難，而且也推動了世界航海事業的發展和文化交流。南宋時一些阿拉伯商人和波斯商人經常搭乘我國的漁船往來貿易，他們學會了指南針的制造方法，同時又把這個方法傳到了歐洲。到了十二世紀末、十三世紀初，阿拉伯和歐洲一些國家才開始用指南針來航海，比起我國已經遲了一百多年。 | |||||||||
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