《等離子體物理概論》課程教學(xué)大綱

《等離子體物理概論》教學(xué)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(xué)院課程團(tuán)隊(duì)等離子體物理概論教學(xué)團(tuán)隊(duì)學(xué)分2.0課內(nèi)學(xué)時(shí)32講授32實(shí)驗(yàn)0上機(jī)0實(shí)踐0課外學(xué)時(shí)0適用專業(yè)應(yīng)用物理學(xué)授課語言英文先修課程高等數(shù)學(xué)（2-1）、力學(xué)、高等數(shù)學(xué)（2-2）、電磁學(xué)課程簡介（限選）作為物質(zhì)的第四種狀態(tài)，據(jù)估計(jì)高達(dá)99%的宇宙處于等離子體狀態(tài)。等離子體物理學(xué)是現(xiàn)代物理學(xué)的一門綜合性學(xué)科。在本課程中，我們將向?qū)W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(shù)、等離子體中的單粒子運(yùn)動(dòng)、等離子體動(dòng)力學(xué)描述和磁流體動(dòng)力學(xué)(MHD)。本課程還將介紹等離子體物理在核聚變和天體物理學(xué)中的應(yīng)用。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生將了解等離子體這一獨(dú)特物理現(xiàn)象的基本知識(shí)和豐富內(nèi)涵。該門課程的授課形式為邀請國外知名專家為學(xué)生進(jìn)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(fù)責(zé)人大綱執(zhí)筆人審核人二、課程目標(biāo)序號(hào)代號(hào)課程目標(biāo)OBE畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)任務(wù)自選1M1目標(biāo)1：了解等離子物理的發(fā)展歷程、研究內(nèi)容和前沿領(lǐng)域，學(xué)習(xí)等離子的定義、性質(zhì)及特點(diǎn)，理解等離子物理中重要理論及模擬方法，具備發(fā)現(xiàn)、辨析和解釋等離子體物理相關(guān)現(xiàn)象的能力。是3.13.12M2目標(biāo)2：掌握等離子體領(lǐng)域的專業(yè)英語術(shù)語，提高物理學(xué)專業(yè)英語的運(yùn)用能力，提升利用英語進(jìn)行聽、說、讀、寫的技能。是6.16.13M3目標(biāo)3：了解科學(xué)研究的基本流程及基本要素；具備利用科學(xué)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(nèi)容序號(hào)章節(jié)號(hào)標(biāo)題課程內(nèi)容/重難點(diǎn)支撐課程目標(biāo)課內(nèi)學(xué)時(shí)教學(xué)方式課外學(xué)時(shí)課外環(huán)節(jié)1第一章等離子體導(dǎo)論本章重點(diǎn)難點(diǎn)：Lawson判據(jù)，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(xué)資料31.2核聚變聚變反應(yīng)，Lawson判據(jù)，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(xué)資料41.3天體物理學(xué)中的某些等離子體太陽，太陽系中的磁場和活動(dòng)，太陽風(fēng)，內(nèi)部太陽系M1,M21講授、討論1課后作業(yè)5第二章等離子體的基本概念和參數(shù)本章重點(diǎn)難點(diǎn)：德拜長度，激光等離子體加速,尾場/////62.1等離子體參數(shù)德拜長度，等離子體參數(shù)，等離子體振蕩，等離子體頻率M1,M22講授、討論2自學(xué)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(jié)果，先進(jìn)的尾場實(shí)驗(yàn)M1,M2,M32講授、討論2自學(xué)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(yè)9第三章在非均勻磁場和電場中的單個(gè)粒子運(yùn)動(dòng)本章重點(diǎn)難點(diǎn)：漂移近似，引導(dǎo)中心理論，磁矩和絕熱不變性，磁鏡/////103.1等離子體動(dòng)力學(xué)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(jié)構(gòu)M1,M2,M32講授、討論2自學(xué)資料113.2等離子體中的單粒子運(yùn)動(dòng)能量守恒，在均勻電場和磁場中的粒子運(yùn)動(dòng)，在非均勻場中的運(yùn)動(dòng)，在彎曲場線上的運(yùn)動(dòng)，在匯聚/發(fā)散場中的運(yùn)動(dòng)M1,M22講授、討論2自學(xué)資料123.3示例地球磁場中的運(yùn)動(dòng)，對環(huán)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(yè)13第四章等離子體動(dòng)力學(xué)理論本章重點(diǎn)難點(diǎn)：速度分布函數(shù)，玻爾茲曼方程/////144.1等離子體動(dòng)力學(xué)理論玻爾茲曼方程，熱平衡，平均自由程，遠(yuǎn)距離庫侖力M1,M2,M32講授、討論2自學(xué)資料154.2速度分布函數(shù)粒子密度，速度分布函數(shù)，微觀描述M1,M22講授、討論2自學(xué)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(yè)17第五章磁流體動(dòng)力學(xué)本章重點(diǎn)難點(diǎn)：MHD方程，理想MHD，靜磁平衡，Alfven波/////185.1磁流體動(dòng)力學(xué)方程流體動(dòng)力學(xué)，Maxwell方程，MHD方程，動(dòng)量方程，洛倫茲力，磁雷諾數(shù)M1,M2,M32講授、討論2自學(xué)資料195.2理想的磁流體高電導(dǎo)率，通量守恒，場中零點(diǎn)，磁場線運(yùn)動(dòng)，波速M(fèi)1,M22講授、討論2自學(xué)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(nèi)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(xué)資料215.4Alfven波和不穩(wěn)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(wěn)定性理論，Rayleigh-Taylor不穩(wěn)定性M1,M22講授、討論2自學(xué)資料225.5太陽和恒星風(fēng)太陽風(fēng)方程，太陽風(fēng)解，日球M1,M22講授、討論2課后作業(yè)四、考核方式序號(hào)考核環(huán)節(jié)操作細(xì)節(jié)總評(píng)占比1考勤隨機(jī)點(diǎn)名、刷卡點(diǎn)名等。10%2課堂表現(xiàn)隨機(jī)檢查學(xué)生上課精神狀態(tài)、回答問題情況。15%3平時(shí)作業(yè)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(jù)作業(yè)完成準(zhǔn)確性、是否按時(shí)上交、是否獨(dú)立完成評(píng)分。3.考核學(xué)生對等離子體基本知識(shí)的掌握能力，學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問題、解決問題的能力，題型主要有簡答、分析和計(jì)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(xué)生對等離子體物理基本知識(shí)的運(yùn)用能力，學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問題、解決問題的能力，題型主要有簡答題、分析題、計(jì)算題等。50%五、評(píng)分細(xì)則序號(hào)課程目標(biāo)考核環(huán)節(jié)大致占比評(píng)分等級(jí)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(xiàn)30%A-精神狀態(tài)飽滿，回答問題準(zhǔn)確。B-精神狀態(tài)良好，問題回答較好。C-精神狀態(tài)一般，問題回答一般。D-精神狀態(tài)較差，回答問題有誤。3M2課堂表現(xiàn)20%A-精神狀態(tài)飽滿，回答問題準(zhǔn)確。B-精神狀態(tài)良好，問題回答較好。C-精神狀態(tài)一般，問題回答一般。D-精神狀態(tài)較差，回答問題有誤。4M2平時(shí)作業(yè)30%A-獨(dú)立思考、按時(shí)完成，作答規(guī)范，解題思路清晰、步驟完整、格式合理、答案準(zhǔn)確。B-獨(dú)立思考、按時(shí)完成，作答比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式合理、答案準(zhǔn)確。C-獨(dú)立思考、按時(shí)完成，作答比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式比較合理、答案準(zhǔn)確。D-作業(yè)抄襲，未能按時(shí)完成，作答不規(guī)范，解題思路混亂。5M3平時(shí)作業(yè)40%A-獨(dú)立思考、按時(shí)完成，作答規(guī)范，解題思路清晰、步驟完整、格式合理、答案準(zhǔn)確。B-獨(dú)立思考、按時(shí)完成，作答比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式合理、答案準(zhǔn)確。C-獨(dú)立思考、按時(shí)完成，作答比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式比較合理、答案準(zhǔn)確。D-作業(yè)抄襲，未能按時(shí)完成，作答不規(guī)范，解題思路混亂。6M1期末考試70%（見試卷評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)）7M2期末考試50%（見試卷評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)）8M3期末考試60%（見試卷評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)）評(píng)分等級(jí)說明：[A,B,C,D]=[90-100,75-89,60-74,0-59]六、教材與參考資料序號(hào)教學(xué)參考資料明細(xì)1圖書|IntroductiontoPlasmaPhysicsandControll