案例应用课程：《原子物理学》                           

课程代码：N19ZY03074

课程类型： 专业课程 

课程开课部门： 理学部                           

授课对象：物理学专业

案例撰写人： 邵菊香

一、案例应用章节或知识点

本案例适用于本课程第二章 原子能级和辐射、第四章碱金属原子核电子自旋。

二、案例意义与育人目标

星载原子钟是导航卫星的核心部件之一，我国北斗三号全球卫星导航系统装载了我国自主研制的高精度铷原子钟和氢原子钟，使北斗导航系统实现更高的定位精度、全球覆盖及较长的自主导航能力，其定位精度达到了国际先进水平。通过案例介绍，引导学生树立民族自豪感，更加坚定“四个自信”。

三、案例内容

思政元素挖掘：

通过介绍北斗三号全球卫星导航系统的核心部件和先进技术，展现我国卫星领域的快速发展，由此引导学生树立民族自豪感，更加坚定“四个自信”，自觉树立爱国敬业、刻苦钻研的精神。

设计思路：

讲解案例——课堂讨论——巩固总结——布置作业。

教学方法：

案例教学法，讨论法，讲授法等。

教学过程：

（一）案例导入

提问：什么是原子能级和辐射理论？

根据原子能级和辐射理论，原子具有不连续的能量值，当原子从一个能级跃迁至另一个能级时，其吸收或释放的电磁波频率是固定的，原子钟是利用原子跃迁频率稳定的特性来获取精准时间频率信号的计时工具。

（二）新课讲授

原子钟的原理虽然简单，其研制涉及到量子物理学、电学等众多学科， 目前国际上仅中、美、俄等少数国家具有独立研制能力，又因为星载钟需经受震动，温度，辐射等严酷太空环境条件的长期考验，其研究难度就更大，我国打破西方国家的垄断和封锁。从2000年来，我国决定建立以北斗授时为主测原子钟的研制，我国科技工作者完全自主研制，解决一系列技术问题，研制的星载原子钟已达世界一流先进水平。目前我国的北斗卫星已经完全使用国产的星载原子钟，运行稳定良好。

原子钟被称为导航卫星的心脏，是一个国家能否具备独立发展导航系统能力的核心标志之一。在当前全球卫星导航系统中，原子钟的技术水平及可靠性，直接关系着这卫星导航系统的成败，用于产生星上高精度时间频率基准信号,其性能指标优劣直接决定了卫星导航系统的定位导航授时服务精度。我国自主独立研制的星载原子钟的性能和技术指标已达到国际先进水平。

与北斗一期、二期工程中单纯采用铷原子钟，北斗三号全球卫星导航系统卫星上使用的铷原子钟的体积更小、重量更轻，技术性能大幅提升，同时还加载了星载氢原子钟。与铷原子钟相比，氢原子钟在频率稳定度、频率准确度及日漂移率等重要技术指标方面具有明显优势。北斗三号系统星座充分发挥了各类原子钟的特点,利用混合钟组配置实现了高性能、高可靠的星载时频系统，实现了时频系统时频信号的无缝切换,显著提升了北斗三号卫星的时频性能和服务精度。

（三）巩固总结

北斗三号全球卫星导航系统的定位精度，在“全球范围与GPS相当，在局部区域优于GPS。比如在北美、非洲、欧洲等地，北斗的定位精度在5米左右，在亚太地区可以精确到2.5到3米”。北斗可以和运行将近30年的老牌GPS系统媲美，这是我国发展中很了不起的成绩，也是我们民族自信的重要资本。

（四）布置作业

从北斗三号全球卫星导航系统的技术原理出发，谈谈你知道的相同原理的技术运用。

四、育人效果

通过讲解我国自主研制的原子钟用于北斗三号卫星导航系统，从而提高了卫星导航精度，在与美国的GPS，俄罗斯的格鲁纳斯，欧盟的伽利略以相比。我国北斗的开通和运营的时间最晚。北斗的定位精度，在全球范围与GPS相当，在局部区域优于GPS，在北美、非洲、欧洲等地，北斗的定位精度在5米左右，在亚太地区精确到2.5到3米。学习过后，学生树立了强烈的民族自豪感，更加坚定“四个自信”。