能在水平面內自由轉動的磁體，靜止時總是一端指南一端指北，這稱為磁體的指向性，指南針就是利用磁體的指向性制成的 。
大約在公元前3世紀我國人民就發(fā)現(xiàn)了磁體的指向性，并制成了“司南”，
用天然磁石磨成勺子，將勺子放在水平銅盤上，用手撥動勺子，當勺子靜止時，勺柄指南，勺頭指北 。用天然磁石磨制司南很麻煩，并且要十分小心，磁石受到強烈的震動就會失去磁性，成品率很低 。到北宋時期，人們發(fā)現(xiàn)將鋼靠近磁石就帶了磁性，并且能長期保持磁性 。于是，人們用天然磁石摩擦鋼針，使鋼針磁化，制成了人造的指南針 。并且采取了多種裝置方法，宋代的百科全書《夢溪筆談》就記載有：水浮法、
碗唇旋定法、
指甲旋定法
和縷旋法 。
歐洲使用同樣的磁化方法，比我們要晚400多年 。
指南針之所以能指南北，是因為地球是一個巨大的磁體，地磁的北極在地理南極附近，地磁的南極在地理北極附近 。因此，在地球周圍的空間里存在著磁場，叫做地磁場 。指南針靜止時，總是一端指南，一端指北，就是因為受到地磁場的作用 。
正是認識到地磁場的存在，北宋時期還發(fā)明一種人工制作指南魚的方法：將薄鐵片剪成魚形，放在爐火中將貼片燒紅，首尾對準地磁場的方向，然后用冷水將貼片迅速冷卻即可 。
【指南針到底是指向哪個方向的有什么科學依據(jù)】不過，地磁兩極與地理兩極并不重合，水平放置的指南針的指向，跟地理子午線并不一致，其間有一交角，叫做磁偏角 。
我國宋代的沈括是世界上第一個清楚地、準確地論述磁偏角的科學家，比哥倫布橫渡大西洋時才觀察到磁偏角現(xiàn)象早了400多年 。
地球是具有磁場的，地球磁場和地球一樣，也是有南北極的，但是地球磁場的南北極與地球的地理南北極正好相反，也就是說地球的地理南極是地球磁場的北極，而地球的地理北極是地球磁場的南極 。（如圖所示）
磁場都具有同性相斥，異性相吸的特點 。磁化的指南針具有磁性（也有磁場） 。
將指南針放到地球上時，指南針的N（北）極會被地球磁場的N（北）極所排斥，就會指向地球磁場的北極（也就是地理南極），而指南針的S（南）極則正好相反，他會被地球磁場的S（南）極所排斥，只能指向地球磁場的南極（也就是地理北極） 。由于磁場的作用，指南針的南極剛好就指向地球的地理南極，指南針的北極也就剛好指向地理北極，這就是指南針的工作原理 。（如圖所示）
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