《等離子體物理概論》教學大綱一、課程基本信息課程名稱等離子體物理概論IntroductionofPlasmaPhysics課程編碼SCC520621020開課院部理學院課程團隊等離子體物理概論教學團隊學分2.0課內學時32講授32實驗0上機0實踐0課外學時0適用專業應用物理學授課語言英文先修課程高等數學（2-1）、力學、高等數學（2-2）、電磁學課程簡介（限選）作為物質的第四種狀態，據估計高達99%的宇宙處于等離子體狀態。等離子體物理學是現代物理學的一門綜合性學科。在本課程中，我們將向學生提供等離子體物理的全面介紹。本課程將涵蓋等離子體的基本定義和參數、等離子體中的單粒子運動、等離子體動力學描述和磁流體動力學(MHD)。本課程還將介紹等離子體物理在核聚變和天體物理學中的應用。通過本課程的學習，學生將了解等離子體這一獨特物理現象的基本知識和豐富內涵。該門課程的授課形式為邀請國外知名專家為學生進行全英文授課。Asthefourthstateofmatter,itisestimatedthatasmuchas99%oftheuniverseisintheplasmastate.Plasmaphysicsisacomprehensivesubjectofmodernphysics.Inthislecturecourse,wewillprovideacomprehensiveintroductionofplasmaphysicstoundergraduatestudents.Thebasicdefinitionsandparametersofplasmas,singleparticlemotioninplasmas,kineticplasmadescriptions,andmagneto-hydro-dynamics(MHD)willbecovered.Theexamplesrelatedtonuclearfusion(plasmas)andastrophysicsplasmaswillbeintroducedaswell.Weintendtoinspiretheyoungstudentsabouttheveryrichphysicsphenomenainthisfascinatingsubject.ThiscourseistaughtinEnglishbywell-knownexpertswhoareinvitedfromabroad.負責人大綱執筆人審核人二、課程目標序號代號課程目標OBE畢業要求指標點任務自選1M1目標1：了解等離子物理的發展歷程、研究內容和前沿領域，學習等離子的定義、性質及特點，理解等離子物理中重要理論及模擬方法，具備發現、辨析和解釋等離子體物理相關現象的能力。是3.13.12M2目標2：掌握等離子體領域的專業英語術語，提高物理學專業英語的運用能力，提升利用英語進行聽、說、讀、寫的技能。是6.16.13M3目標3：了解科學研究的基本流程及基本要素；具備利用科學研究的思維和方法解決未知問題的基本能力。是9.19.1三、課程內容序號章節號標題課程內容/重難點支撐課程目標課內學時教學方式課外學時課外環節1第一章等離子體導論本章重點難點：Lawson判據，聚變/////21.1等離子體的定義及重要性等離子體，自然等離子體，人造等離子體M1,M21.5講授、討論1.5自學資料31.2核聚變聚變反應，Lawson判據，磁約束聚變裝置，托卡馬克，慣性約束和激光M1,M31.5講授、討論1.5自學資料41.3天體物理學中的某些等離子體太陽，太陽系中的磁場和活動，太陽風，內部太陽系M1,M21講授、討論1課后作業5第二章等離子體的基本概念和參數本章重點難點：德拜長度，激光等離子體加速,尾場/////62.1等離子體參數德拜長度，等離子體參數，等離子體振蕩，等離子體頻率M1,M22講授、討論2自學資料72.2激光等離子體加速等離子體加速器，基本原理，激光等離子體加速，最新結果，先進的尾場實驗M1,M2,M32講授、討論2自學資料82.3等離子體中的磁場托卡馬克，β等離子體，ITER，太陽光層磁圖，回旋加速頻率M1,M22講授、討論2課后作業9第三章在非均勻磁場和電場中的單個粒子運動本章重點難點：漂移近似，引導中心理論，磁矩和絕熱不變性，磁鏡/////103.1等離子體動力學電磁場，原子過程，短距離庫侖相互作用，長距離庫侖力，等離子體的控制方程，等離子體模型的層次結構M1,M2,M32講授、討論2自學資料113.2等離子體中的單粒子運動能量守恒，在均勻電場和磁場中的粒子運動，在非均勻場中的運動，在彎曲場線上的運動，在匯聚/發散場中的運動M1,M22講授、討論2自學資料123.3示例地球磁場中的運動，對環形約束的影響，托卡馬克中的粒子軌道M1,M22講授、討論2課后作業13第四章等離子體動力學理論本章重點難點：速度分布函數，玻爾茲曼方程/////144.1等離子體動力學理論玻爾茲曼方程，熱平衡，平均自由程，遠距離庫侖力M1,M2,M32講授、討論2自學資料154.2速度分布函數粒子密度，速度分布函數，微觀描述M1,M22講授、討論2自學資料164.3玻爾茲曼方程粒子的軌跡，粒子在相空間中的漂移，三維玻爾茲曼方程M1,M22講授、討論2課后作業17第五章磁流體動力學本章重點難點：MHD方程，理想MHD，靜磁平衡，Alfven波/////185.1磁流體動力學方程流體動力學，Maxwell方程，MHD方程，動量方程，洛倫茲力，磁雷諾數M1,M2,M32講授、討論2自學資料195.2理想的磁流體高電導率，通量守恒，場中零點，磁場線運動，波速M1,M22講授、討論2自學資料205.3靜磁平衡和無力場靜磁場靜磁場，無力場，圓柱體內的靜磁場，線性箍縮，角向箍縮，Grad-Shafranov方程M1,M22講授、討論2自學資料215.4Alfven波和不穩定性涉及重力的平衡場，Kippenhahn-Schluter模型，線性化MHD方程，Alfven波，線性穩定性理論，Rayleigh-Taylor不穩定性M1,M22講授、討論2自學資料225.5太陽和恒星風太陽風方程，太陽風解，日球M1,M22講授、討論2課后作業四、考核方式序號考核環節操作細節總評占比1考勤隨機點名、刷卡點名等。10%2課堂表現隨機檢查學生上課精神狀態、回答問題情況。15%3平時作業1.每周布置2-3道題目，平均每次課1道題以上。2.成績采用百分制，根據作業完成準確性、是否按時上交、是否獨立完成評分。3.考核學生對等離子體基本知識的掌握能力，學生綜合運用所學知識分析問題、解決問題的能力，題型主要有簡答、分析和計算題。25%4期末考試1.閉卷考試，成績采用百分制，卷面成績總分100分。2.主要考核學生對等離子體物理基本知識的運用能力，學生綜合運用所學知識分析問題、解決問題的能力，題型主要有簡答題、分析題、計算題等。50%五、評分細則序號課程目標考核環節大致占比評分等級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課堂表現30%A-精神狀態飽滿，回答問題準確。B-精神狀態良好，問題回答較好。C-精神狀態一般，問題回答一般。D-精神狀態較差，回答問題有誤。3M2課堂表現20%A-精神狀態飽滿，回答問題準確。B-精神狀態良好，問題回答較好。C-精神狀態一般，問題回答一般。D-精神狀態較差，回答問題有誤。4M2平時作業30%A-獨立思考、按時完成，作答規范，解題思路清晰、步驟完整、格式合理、答案準確。B-獨立思考、按時完成，作答比較規范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式合理、答案準確。C-獨立思考、按時完成，作答比較規范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式比較合理、答案準確。D-作業抄襲，未能按時完成，作答不規范，解題思路混亂。5M3平時作業40%A-獨立思考、按時完成，作答規范，解題思路清晰、步驟完整、格式合理、答案準確。B-獨立思考、按時完成，作答比較規范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式合理、答案準確。C-獨立思考、按時完成，作答比較規范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式比較合理、答案準確。D-作業抄襲，未能按時完成，作答不規范，解題思路混亂。6M1期末考試70%（見試卷評分標準）7M2期末考試50%（見試卷評分標準）8M3期末考試60%（見試卷評分標準）評分等級說明：[A,B,C,D]=[90-100,75-89,60-74,0-59]六、教材與參考資料序號教學參考資料明細1圖書|IntroductiontoPlasmaPhysicsandControll