等离子体物理课程教学大纲
等离子体物理 教学大纲
等离子体物理一、课程说明课程编号：140322Z10课程名称（中/英文）：等离子体物理/Physics of Plasmas课程类别：学科基础课学时/学分：32/2先修课程：激光原理、光学、原子物理学适用专业：物理科学班教材、教学参考书：[1] 金尚宪、贺贤土等编著等离子体物理2007[2] 张家泰等编著，激光等离子体相互作用物理与模拟，1999二、课程设置的目的意义本课程为物理专业本科生的必修学位课，是物理学、电子技术和材料科学等多门学科相结合的交叉性学科。
本课程讲授单粒子轨道理论，动力论方程，等离子体中的波，等离子体微观不稳定性，输运理论，等离子体中的涨落和辐射等。
使研究生掌握等离子体领域的基本原理与基本理论，并应用于其研究工作中。
介绍其基本原理及等离子体相关的测量与诊断方法。
通过本课程的教学, 使学生对从事光学，光电子学，原子与分子物理，等离子体物理等领域有关专业研究的理论概念略有理解，使学生能够理解光学领域，等离子体物理领域的基本现象和问题，提高分析问题和解决问题的能力。
三、课程的基本要求本课程的目的，是让本专业的学生了解等离子体的基本原理和方法，能够用所学的测量方法应用到以后的测量过程之中，体会到等离子体领域光学测量技术原理的特点和性能，为以后工作和进一步学习打下理论基础。
通过学习，会对等离子体输运理论进行数据分析，会用等离子体基本理论分析等离子体过程中的数值模拟问题，解决光学领域的光谱学的谱线线型、光谱强度、高能密度物理和非线性效应现象。
四、教学内容、重点难点及教学设计注：实践包括实验、上机等五、实践教学内容和基本要求无实践实验、上机等基本要求。
六、考核方式及成绩评定本课程的考核分为平时考核（40%）和期终考核（60%）两部分。
前者主要为平时成绩，包括考勤、作业、讨论发言、小论文等；后者为期末命题考试。
两七、大纲主撰人：大纲审核人：。
等离子体物理教案探索
等离子体物理教案探索一、引言等离子体物理作为物理学科的一个重要分支，研究的是高度激发的气体态物质，具有广泛的应用前景。
本教案将探索等离子体物理的基本概念、性质和应用，旨在帮助学生全面了解等离子体物理并培养其科学思维和实验能力。
二、教学目标1. 熟悉等离子体的定义和基本特性；2. 理解等离子体在自然和人类活动中的重要性；3. 掌握等离子体物理的基本理论和实验方法；4. 培养学生的科学思维和实验能力。
三、教学内容1. 等离子体的定义和基本特性1.1 等离子体的概念和分类1.2 等离子体的形成和研究方法1.3 等离子体的基本性质和行为2. 等离子体在自然界中的应用2.1 太阳等离子体和宇宙等离子体2.2 等离子体在地球大气、雷电和闪电中的作用2.3 等离子体对地球磁层和空间天气的影响3. 等离子体在人类活动中的应用3.1 等离子体在等离子体显示器和等离子体喷涂中的应用3.2 等离子体在等离子体医学和等离子体工程中的应用3.3 等离子体在核聚变和激光等领域的应用四、教学方法本教案将采用多种教学方法，包括讲授、实验、讨论和展示等，以促进学生的主动学习和动手实践能力的培养。
1. 讲授：教师通过简明扼要的讲解，向学生介绍等离子体的基本概念、性质和应用，引导学生理解和掌握知识点。
2. 实验：通过设计简单的等离子体实验，让学生观察和感受等离子体的行为和特性，培养学生实验操作和数据处理的能力。
3. 讨论：组织学生围绕等离子体的某个应用领域展开讨论，鼓励学生提出问题、交流思想，并引导他们思考解决问题的方法。
4. 展示：鼓励学生自主选择等离子体应用领域进行深入研究，组织展示和分享，提升学生的表达能力和科学素养。
五、教学评估方法1. 平时表现：包括课堂参与、实验操作、讨论贡献等方面的评估，反映学生在等离子体物理学习中的主动性和能动性。
2. 实验报告：学生按照实验要求撰写实验报告，评估其实验设计、数据处理和结果分析等方面的能力。
物理系等离子体物理与技术研究生课程简介
教授
材料物理
64
教学大纲（章节目录）：
本课程的目的是，介绍物质的第四态——等离子体的运动规律、物理性质以及等离子体在受控核聚变中以及在工业、材料、航空航天等领域中的广泛应用。本课程的基础课程为：电动力学，电磁学，热力学与统计物理，经典力学
课程主要内容：
第一章等离子体基本性质
1.1等离子体的定义
4.1等离子体振荡
4.2电子等离子体波
4.3离子波
4.4离子波和电子波的比较
4.5外磁场为零时的等离子体波
4.6垂直于外磁场的电磁波
4.7截止与共振
4.8平行于外磁场的电磁波
第五章等离子体中的输运过程
5.1弱电离气体中的扩散和迁移率
5.2稳恒态解
5.3穿过磁场的扩散
5.4完全电离等离子体中的碰撞和扩散
物理
课程名称：等离子体物理与技术
英文名称：Plasma Physics
课程类型：√讲授课程□实践（实验、实习）课程□研讨课程□专题讲座□其它
考核方式：考试
教学方式：讲授
适用专业：材料物理
适用层次：硕士√博士□
开课学期：春
总学时/讲授学时：48/48
学分：3
先修课程要求：
课程组教师姓名
职称
专业
年龄
学术专长
主要参考书：
“等离子体物理原理”马腾才等中国科大出版社
“等离子体物理导论”F.F.chen高等教育出版社
1.2等离子体参数
1.3德拜屏蔽
1.4等离子体的应用
第二章带电粒子在电磁场中运动
2.1带电粒子在均匀电磁场中运动
2.2带电粒子在非均匀电磁场中运动
2.3随时间变化的电磁场
等离子体物理学导论L11上课讲义
热压张量：粒子热运动携带的动量密度流量
Pressure tensor
vuw n(r,t) fd3v
t
P(r,t)
mwwfd3v
各向同性速度分布热压张量化为压强标量 对应的力称为：热压梯度力 The thermal pressure gradient force
4）热压梯度力的物理本质
是大量粒子的统计平均带来的作用力 仅仅施加于流体之上，单粒子不受此力 完全是粒子自由扩散引起的，与碰撞过程关！
MHD中的准中性假设与电场的有源性共存： ne= ni
二者并不矛盾： 例如：估算行星际空间太阳风中的电场及相应 的净电荷密度, 大约10个太阳半径处,
等离子体准中性条件在宏观上几乎精确成立 求电场，一般不使用泊松方程，这是由于 净电荷的计算不够准确，没有精度可言； 电场可由电子的运动方程求解
3.2 磁流体力学方程组小结
该公式给出了磁流体中电磁场与流动之间 的关系。应用该公式，可以： (1) 估算MHD中电场和磁场能量之比 (2) 忽略Maxwell方程组中的位移电流项
( v<<c ) (3) 推导新的磁感应方程
Q： • 由法拉第定律求散度，可 得磁场散度不随时变， 磁场散度为零的条件是多 余的吗？ • 准中性如何与有源性自洽?
磁力线：线上任一点的切向为磁场方向 磁力线方程: dx/Bx = dy/By = dz/Bz 磁通量管(magnetic flux tube)：
磁场位形的基本单元 building blocks
MHD的适用条件：
• 低速运动：远小于光速 • 流体近似成立，不研究粒子的行为 所研究问题的时间尺度 >> 离子回旋周期
1、一般需同时知道散度和旋度，才能完全确定 矢量场
等离子体物理讲义08_温等离子体波
等离子体物理学讲义Lecture Notes onIntroduction on Plasma PhysicsNo. 8马 石 庄2012．03．19．北京第8讲 碰撞温等离子体波教学目的：系统地介绍磁流体Alfvén波理论，考察带电粒子的热运动是等离子体动力学的重要影响，导出在等离子体湍流研究中基础意义的Haseawa‐Mima 方程，展示碰撞的作用不但引起耗散，也能导致漂移波不稳定。
主要内容：§1 磁流体Alfvén波 (4)2.1有耗损声波 (4)2.2理想MHD波 (7)2.3 MHD波的衰减 (11)§2双流体等离子体波 (13)2.1 静电波 (14)2.2低频平行电场 (19)2.3双流体Alfvén波 (23)§3漂移波不稳定性 (26)3.1Haseawa‐Mima 方程 (27)3.2有碰撞漂移波 (31)3.3不稳定性 (34)习题8 (37)附录A：Alfvén 波的发现 (40)附录B: 中国地球空间探测双星计划 (41)为简单起见，假定等离子体由离子和电子两种粒子组成，采用双流体模型，在绝热条件下，得到封闭的方程组基本方程组为带电粒子的运动方程和连续性方程· 0dd当流体处于等温过程时当流体处于绝热过程时其中，电荷和电流密度为，既然等离子体物理关注的是准中性大量带电粒子的集体行为，粒子的随机运动体现在等离子体热力学性质。
在冷等离子体中，粒子的随机热运动速度远小于波速，回旋半径（对磁化等离子体来说）远小于波长 cold plasma ，充分显示了磁场对带电粒子整体行为的影响，展现出丰富的波动现象。
当带电粒子之间碰撞足够强烈，带电粒子的回旋运动尺度很小时，可以用磁流体力学模型研究等离子体的集体行为。
毫无疑义，这些条件总是近似地被满足，不但对等离子体的整体行为的描述存在缺陷，而且本身也留下不能解释的难题。
等离子体物理第四章 2
在MHD条件下,沿磁力线压强为常数
任意形状的等离子体, p 0, 3D轮廓线上p=常数
等压面
B
p，位于等压面上
4.8.3 - 电流面
0 j [ j B p] j p
j 位于p=常数的表面上
等压面＝磁面＝电流面
4.8.4 - 低平衡：无作用力等离子体
• 动压力和磁压力之比很小, <<1, 可忽略 p
• 令表面随流体一起运动。因为开始时表面的所 有部分通过的磁通量为零,所以之后的磁通量也 为零≡磁通量守恒
4.13 MHD稳定性
• MHD平衡(如z箍缩)并不能保证一个有用的约束 方案,因为平衡时可能不稳定 • 类比：山上的球
稳定
不稳定 势能曲线
不稳定
• 如果“势能表面”的曲率向下远离平衡,即 d2Wpot / dx2 0 ,平衡不稳定
记b
B/
|
B
|
，因此B
Bb
Bb
b B，则
p
1
{B 2 (b )b
Bb(b )B}
1 B 2
0
20
B2 (b )b
1
( b(b ))B 2
0
20
磁力线曲率
B2
0
(b
)b
(
B2
20
)
磁压力导数,⊥B
4.8.2 - 磁面
j B p 0 0 B [ j B p] B p
螺旋,象棒球上的接缝
4.16 箍缩的快速简单分析
• 箍缩
|B|=常数,向外箍缩≡没有磁力线弯曲 中性稳定性
• z箍缩
沿等离子体向外≡坏曲率(向着等离子体) 不稳定性
•
让SCBC(的和EBt变Sd随V化s流B体)CB运dCl的动(V运,0Φd动的l)总的S(变S化EE)率dd由ss两 项CC(VE给d出Bl)
等离子体物理实验教案
等离子体物理实验教案一、实验目的通过等离子体物理实验，使学生了解等离子体的基本概念、特性以及相关实验方法，增强学生对等离子体物理的认识和理解。
二、实验原理等离子体是由气体或其他物质高温、高电压、高能量激发形成的第四态物质，具有带电的离子和自由电子。
通过施加电场或射频辐射等方式，可以将一部分气体离子化并形成等离子体。
等离子体具有导电性、较高的温度和密度，广泛应用于等离子体物理研究、半导体加工、核聚变等领域。
三、实验仪器与材料1. 等离子体实验装置（包括玻璃管、电极、高压电源等）2. 气体源（如氩气、氢气等）3. 电流表、电压表等实验测量仪器4. 安全防护设备（如手套、护目镜等）四、实验步骤1. 安全防护：戴好手套、护目镜等安全设备。
2. 准备实验装置：安装玻璃管、电极和高压电源等组件，并连接电流表和电压表。
3. 真空抽气：打开抽气设备，将实验装置内的气体抽空至所需真空度。
4. 充气体：使用气体源向实验装置内注入所需气体（如氩气、氢气等），控制气体流量并进行检漏。
5. 施加高压：打开高压电源，根据实验要求施加适当的高压。
6. 观察实验现象：在安全保护的条件下，观察实验装置内的等离子体形态、颜色、光谱等变化，并记录实验数据。
7. 测量实验参数：使用电流表、电压表等测量相应的电流值、电压值等实验参数。
8. 实验结束：关闭高压电源，将实验装置恢复到初始状态，注意安全操作。
五、实验数据处理与结果分析根据实验记录的数据，进行实验数据处理与结果分析。
包括计算等离子体的电流密度、电压降等参数，分析等离子体的形态变化及其与实验条件的关系。
六、实验注意事项1. 在实验过程中要保证安全，严格遵守实验室安全操作规程。
2. 实验装置操作前应检查设备是否正常，防止发生意外事故。
3. 操作高压电源时需谨慎，避免触电危险。
4. 真空抽气过程中，要避免气体泄露或过快抽气引起的实验失败。
5. 气体填充过程中要注意调节气体流量，避免气体流量过大或过小。
等离子体、激光与电子束教学大纲
①电子束的产生方法
②电子束特性的基本测量方法
③自由电子激光的基本原理
教学环节的安排：
课堂讲授占30%
科研热点问题讨论40%
学生作报告20%
课堂实验演示和实验室参观10%
课程主要教自然界以及生活中的等离子体现象
②等离子体基本物理参量
③原子物理与分子物理
④等离子体产生机制
⑤等离子体应用
(2)等离子体诊断
①等离子体基本物理参量的测量方法
②探针诊断
③光谱诊断以及光谱仪工作原理
(3)激光原理
①氦氖激光器的工作原理
②原子发光机理及他们在等离子体诊断中的应用
在介绍等离子体基本概念与气体放电原理的基础上，进一步讲解描述等离子体放电状态的基本物理参量以及它们的变化规律。介绍当前主要的等离子体诊断手段及基本原理。
简要介绍气体激光器原理，以及等离子体诊断方法中最常用的光谱诊断技术，包括真空紫外、紫外、可见和红外光谱检测技术。
电子束部分主要介绍产生电子束的基本手段、电子束特性的基本测量方法和自由电子激光的基本原理。
本科《等离子体，激光与电子束》课程教学大纲
一、课程基本情况
课程编号
00320032
开课单位
工程物理系
课程名称
中文名称
等离子体，激光与电子束
英文名称
Plasma, Laser and E-beam
教学目的与重点
教学目的是给高年级本科生讲授有关等离子体物理激光原理和电子束相关的基础知识，并介绍它们的应用和当代科研热点问题。课程形式以讲授和讨论相结合为主，提高学生应用基础知识和分析问题的能力，提高学生做科研报告的能力，并了解物理基础的重要性。
该课程以讨论国内外相关领域前沿进展为主线，采用深入浅出的方式讲述相关物理基本概念和基本实验手段。涉及的前沿科研领域非常广泛，包括等离子体在纳米材料领域的应用等离子体与激光相互作用、激光与电子束相互作用、生物材料的等离子体改性等。同时还会根据课程进度情况来灵活安排其他内容。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
等离子体物理课程教学大纲
课程基本信息（Course Information）
课程代码 （Course Code） PH339
*学时
（Credit Hours）
3
*学分
（Credits）
48
*课程名称 （Course Name） 等离子体物理 Plasma Physics
课程性质
(Course Type)
物理学专业、物理学专业（国际班）选修课 授课对象
（Audience）
物理学专业、物理学专业（国际班）大学三年级本科生 授课语言
(Language of Instruction)
英文
*开课院系
（School）
物理与天文学院 先修课程
（Prerequisite）
Classical electrodynamics
授课教师 （Instructor）
课程网址
(Course Webpage)
*课程简介（Description） The course is introductory‐level plasma physics where I teach students the fundamental concepts, theories and some potential applications for plasma physics. Fundamental theories include single‐particle approach as a first step which gives a reasonable background on different particle drift motions in various E‐ and B‐field configurations some are relevant to E‐B fields of magnetic‐confinement machines like EAST Tokamak in CHINA. The fluid‐theory of plasma physics is given and directly applied to various (tens) kinds of plasma waves (EM and ES) and their propagation characteristics in plasma. A modified approach of the fluid theory, called “MHD” is applied to get the electrical properties and the stability properties of the plasma in various confinement configurations, including the most famous 2D equilibrium configuration called “Grad‐Shafranov”. Finally I teach the basics of the microscopic theory of plasma physics which is the kinetic approach. Based on this theory I derive the exact dispersion relationship of plasma waves and the so called “Landau damping”. Throughout the course, we teach how the plasma physics is applied, for example to create a nuclear fusion reactor for future energy needs etc.
课程教学大纲（Course Syllabus）
*学习目标(Learning Outcomes) After completing the course, students should know:
1．Plasma in nature and how to create it on earth and laboratory
2．Single‐particle motions and drifts in variety of E‐ and B‐ field configurations 3．Macroscopic “Fluid” theory of plasma physics and the plasma approximation
4. Plasma waves and their propagation (Plasma Optics)
5. The Plasma Diffusion problem and Resistivity
6. Magnetohydrodynamics and the Equilibrium configurations of plasmas
7. Microscopic theory of plasma physics (Kinetic approach) and Landau damping
*教学内容、进度安排及要求(Class Schedule &
Requirements)
教学内容 学时 教学方式 作业及要求 基本要求 考查方式Introduction
and basic
parameters of
plasma media
4
课堂，PPT+
板书
根据进度，
随堂布置
掌握相关
基本知
识，并能
灵活运用
作业+随堂
小测
Single particle
motion in
various E‐B
fields
6
课堂，PPT+
板书
根据进度，
随堂布置
掌握相关
基本知
识，并能
灵活运用
作业+随堂
小测
Fluid
formulation of
plasma
physics
6
课堂，PPT+
板书
根据进度，
随堂布置
掌握相关
基本知
识，并能
灵活运用
作业+随堂
小测 Plasma Waves8
课堂，PPT+
板书
根据进度，
随堂布置
掌握相关
基本知
识，并能
灵活运用
作业+随堂
小测
Advanced
Plasma Waves
4
课堂，PPT+
板书
根据进度，
随堂布置
掌握相关
基本知
识，并能
灵活运用
作业+随堂
小测
Plasma
Diffusion
4
课堂，PPT+
板书
根据进度，
随堂布置
掌握相关
基本知
识，并能
灵活运用
作业+随堂
小测
Electrical
properties of
Plasma
4
课堂，PPT+
板书
根据进度，
随堂布置
掌握相关
基本知
识，并能
灵活运用
作业+随堂
小测
MHD and
Equilibrium
6
课堂，PPT+
板书
根据进度，
随堂布置
掌握相关
基本知
识，并能
灵活运用
作业+随堂
小测
Kinetic Theory
of plasmas
4
课堂，PPT+
板书
根据进度，
随堂布置
掌握相关
基本知
作业+随堂
小测
and Landau damping 识，并能灵活运用
Final Exams 2
*考核方式(Grading) assess students based on the following
1. Activity in class
2. Assignments and homework
3. Attendance
4. Midterm‐exam results
5. Final exam results
*教材或参考资料(Textbooks & Other Materials) F.F. Chen ”Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion” Vol.1 R. O. Dendy: Plasma Physics: An Introductory Course
其它（More）
备注（Notes） 考核方式及考核方式中各项比例根据教学实践可能有所调整。