《等离子体物理概论》课程教学大纲

《等离子体物理概论》教学大纲一、课程基本信息课程名称等离子体物理概论IntroductionofPlasmaPhysics课程编码SCC520621020开课院部理学院课程团队等离子体物理概论教学团队学分2.0课内学时32讲授32实验0上机0实践0课外学时0适用专业应用物理学授课语言英文先修课程高等数学（2-1）、力学、高等数学（2-2）、电磁学课程简介（限选）作为物质的第四种状态，据估计高达99%的宇宙处于等离子体状态。等离子体物理学是现代物理学的一门综合性学科。在本课程中，我们将向学生提供等离子体物理的全面介绍。本课程将涵盖等离子体的基本定义和参数、等离子体中的单粒子运动、等离子体动力学描述和磁流体动力学(MHD)。本课程还将介绍等离子体物理在核聚变和天体物理学中的应用。通过本课程的学习，学生将了解等离子体这一独特物理现象的基本知识和丰富内涵。该门课程的授课形式为邀请国外知名专家为学生进行全英文授课。Asthefourthstateofmatter,itisestimatedthatasmuchas99%oftheuniverseisintheplasmastate.Plasmaphysicsisacomprehensivesubjectofmodernphysics.Inthislecturecourse,wewillprovideacomprehensiveintroductionofplasmaphysicstoundergraduatestudents.Thebasicdefinitionsandparametersofplasmas,singleparticlemotioninplasmas,kineticplasmadescriptions,andmagneto-hydro-dynamics(MHD)willbecovered.Theexamplesrelatedtonuclearfusion(plasmas)andastrophysicsplasmaswillbeintroducedaswell.Weintendtoinspiretheyoungstudentsabouttheveryrichphysicsphenomenainthisfascinatingsubject.ThiscourseistaughtinEnglishbywell-knownexpertswhoareinvitedfromabroad.负责人大纲执笔人审核人二、课程目标序号代号课程目标OBE毕业要求指标点任务自选1M1目标1：了解等离子物理的发展历程、研究内容和前沿领域，学习等离子的定义、性质及特点，理解等离子物理中重要理论及模拟方法，具备发现、辨析和解释等离子体物理相关现象的能力。是3.13.12M2目标2：掌握等离子体领域的专业英语术语，提高物理学专业英语的运用能力，提升利用英语进行听、说、读、写的技能。是6.16.13M3目标3：了解科学研究的基本流程及基本要素；具备利用科学研究的思维和方法解决未知问题的基本能力。是9.19.1三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课程目标课内学时教学方式课外学时课外环节1第一章等离子体导论本章重点难点：Lawson判据，聚变/////21.1等离子体的定义及重要性等离子体，自然等离子体，人造等离子体M1,M21.5讲授、讨论1.5自学资料31.2核聚变聚变反应，Lawson判据，磁约束聚变装置，托卡马克，惯性约束和激光M1,M31.5讲授、讨论1.5自学资料41.3天体物理学中的某些等离子体太阳，太阳系中的磁场和活动，太阳风，内部太阳系M1,M21讲授、讨论1课后作业5第二章等离子体的基本概念和参数本章重点难点：德拜长度，激光等离子体加速,尾场/////62.1等离子体参数德拜长度，等离子体参数，等离子体振荡，等离子体频率M1,M22讲授、讨论2自学资料72.2激光等离子体加速等离子体加速器，基本原理，激光等离子体加速，最新结果，先进的尾场实验M1,M2,M32讲授、讨论2自学资料82.3等离子体中的磁场托卡马克，β等离子体，ITER，太阳光层磁图，回旋加速频率M1,M22讲授、讨论2课后作业9第三章在非均匀磁场和电场中的单个粒子运动本章重点难点：漂移近似，引导中心理论，磁矩和绝热不变性，磁镜/////103.1等离子体动力学电磁场，原子过程，短距离库仑相互作用，长距离库仑力，等离子体的控制方程，等离子体模型的层次结构M1,M2,M32讲授、讨论2自学资料113.2等离子体中的单粒子运动能量守恒，在均匀电场和磁场中的粒子运动，在非均匀场中的运动，在弯曲场线上的运动，在汇聚/发散场中的运动M1,M22讲授、讨论2自学资料123.3示例地球磁场中的运动，对环形约束的影响，托卡马克中的粒子轨道M1,M22讲授、讨论2课后作业13第四章等离子体动力学理论本章重点难点：速度分布函数，玻尔兹曼方程/////144.1等离子体动力学理论玻尔兹曼方程，热平衡，平均自由程，远距离库仑力M1,M2,M32讲授、讨论2自学资料154.2速度分布函数粒子密度，速度分布函数，微观描述M1,M22讲授、讨论2自学资料164.3玻尔兹曼方程粒子的轨迹，粒子在相空间中的漂移，三维玻尔兹曼方程M1,M22讲授、讨论2课后作业17第五章磁流体动力学本章重点难点：MHD方程，理想MHD，静磁平衡，Alfven波/////185.1磁流体动力学方程流体动力学，Maxwell方程，MHD方程，动量方程，洛伦兹力，磁雷诺数M1,M2,M32讲授、讨论2自学资料195.2理想的磁流体高电导率，通量守恒，场中零点，磁场线运动，波速M1,M22讲授、讨论2自学资料205.3静磁平衡和无力场静磁场静磁场，无力场，圆柱体内的静磁场，线性箍缩，角向箍缩，Grad-Shafranov方程M1,M22讲授、讨论2自学资料215.4Alfven波和不稳定性涉及重力的平衡场，Kippenhahn-Schluter模型，线性化MHD方程，Alfven波，线性稳定性理论，Rayleigh-Taylor不稳定性M1,M22讲授、讨论2自学资料225.5太阳和恒星风太阳风方程，太阳风解，日球M1,M22讲授、讨论2课后作业四、考核方式序号考核环节操作细节总评占比1考勤随机点名、刷卡点名等。10%2课堂表现随机检查学生上课精神状态、回答问题情况。15%3平时作业1.每周布置2-3道题目，平均每次课1道题以上。2.成绩采用百分制，根据作业完成准确性、是否按时上交、是否独立完成评分。3.考核学生对等离子体基本知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力，题型主要有简答、分析和计算题。25%4期末考试1.闭卷考试，成绩采用百分制，卷面成绩总分100分。2.主要考核学生对等离子体物理基本知识的运用能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力，题型主要有简答题、分析题、计算题等。50%五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1/考勤100%A-全勤。B-缺勤1次。C-缺勤2-3次。D-缺勤3次以上。2M1课堂表现30%A-精神状态饱满，回答问题准确。B-精神状态良好，问题回答较好。C-精神状态一般，问题回答一般。D-精神状态较差，回答问题有误。3M2课堂表现20%A-精神状态饱满，回答问题准确。B-精神状态良好，问题回答较好。C-精神状态一般，问题回答一般。D-精神状态较差，回答问题有误。4M2平时作业30%A-独立思考、按时完成，作答规范，解题思路清晰、步骤完整、格式合理、答案准确。B-独立思考、按时完成，作答比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式合理、答案准确。C-独立思考、按时完成，作答比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式比较合理、答案准确。D-作业抄袭，未能按时完成，作答不规范，解题思路混乱。5M3平时作业40%A-独立思考、按时完成，作答规范，解题思路清晰、步骤完整、格式合理、答案准确。B-独立思考、按时完成，作答比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式合理、答案准确。C-独立思考、按时完成，作答比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式比较合理、答案准确。D-作业抄袭，未能按时完成，作答不规范，解题思路混乱。6M1期末考试70%（见试卷评分标准）7M2期末考试50%（见试卷评分标准）8M3期末考试60%（见试卷评分标准）评分等级说明：[A,B,C,D]=[90-100,75-89,60-74,0-59]六、教材与参考资料序号教学参考资料明细1图书|IntroductiontoPlasmaPhysicsandControll