Mathematics and Physics BSc (Hons)

University of Exeter

В този модул се използват лекции и ръководена самостоятелна работа, за да се развие разбирането на учениците за Нютоновата класическа механика и специалната теория на относителността. Въпреки че някои от понятията ще бъдат познати от ниво А, навсякъде ще се използва векторна нотация. Особено внимание се отделя на точното и последователно прилагане на законите и методитеһттр://.

Концепциите за трептенията и разпространението на вълните са в основата на цялата физика. Този модул идентифицира и прилага основните принципи, което позволява на ученика да разбере много привидно несвързани системи. Като примери се използват широк спектър от физични явления. В модула първо се разглеждат характерните параметри на принуден, затихнал хармоничен осцилатор и се свързват с характерните параметри на разпространение на вълни. На по-късните етапи се разглеждат разпространението и отражението на вълните, като за моделна система се използват вълни върху опъната струна. Обсъждат се също така надлъжни вълни в твърди тела, звукови вълни в газове и вълни в периодични структури (ключови за голяма част от физиката на твърдото тяло), след което следва въведение в геометричната оптика и оптичните системи. Понятията, въведени в този модул, са в основата на и ще бъдат развити в следващите модули, например в PHY2021 Електромагнетизъм I, PHY2022 Квантова механика I и PHY2024 Кондензирана материя I.

Този модул има за цел да затвърди уменията на учениците по основополагащи теми от математиката, да запознае учениците с някои от математическите техники, които най-често се използват във физиката, и да им даде опит в тяхното използване и прилагане. Акцентът е поставен върху използването на математическите техники, а не върху строгото им доказванеһттр://.

Ключов аспект на математиката е нейната способност да обединява и обобщава различни ситуации със сходни свойства, като разработва понятия и език за абстрактно описание на общите характеристики и за строгото им обосноваване. В този модул ще се запознаете с езика на множествата и функциите, който е в основата на цялата съвременна чиста математика, и ще научите как да го използвате, за да създавате ясни и логически правилни математически доказателства. Ще използвате тези методи, за да докажете строги общи резултати за сходимостта на последователности и редици, като по този начин ще обосновете техниките, разработени в MTH1002, и ще поставите основите за по-задълбочено изучаване на анализа в MTH2001 . Ще научите също така определенията и свойствата на абстрактни алгебрични структури като групи и векторни пространства. Тези идеи ще бъдат доразвити в MTH2002 . Материалът в този модул е основополагащ за много други модули в програмите по математика. Той е в основата на темите, които ще разгледате в по-напредналите модули по чиста математика, и дава възможност за по-дълбоко разбиране и строга обосновка на математическите инструменти, с които ще се срещнете в по-приложните модули по математика и които се използват широко във физиката, икономиката и много други дисциплиниһттр://.

Всички физици трябва да владеят добре математическите методи и да имат добра степен на "владеене" на тяхното прилагане. Този модул обхваща области като диференциално смятане, комплексни числа и матрици, които имат широко приложение във физиката. Той осигурява стабилна основа, върху която ще се изгради последващият модул PHY1026 Математика II, и набляга на решаването на проблеми с примери от физическите наукиһттр://.

Математиката на университетско ниво се различава от тази, която се преподава в училищата, не само по трудността на темите и по-високата абстрактност, но и по стила на преподаване. Този модул има за цел да улесни прехода към университетското ниво на математиката, като запълни празнината между математиката, преподавана преди университетското ниво, и материала, разглеждан през първата година от обучението ни по математика. Докато се намирате в университетска среда на преподаване и учене, вие ще се върнете към основни умения като тези по алгебра, координатна геометрия, вектори, редове и последователности, както и към някои теми, които се разглеждат в допълнителната математика на ниво А, като комплексни числа, матрична алгебра, диференциални уравнения и редове на Маклаурин. В този модул ще разгледате теорията и ще видите много решени примери, както и ще упражните много примери, за да овладеете тези основни теми. Посещаването на лекциите от този модул е силно препоръчително за учениците, които нямат ниво А по допълнителна математика или еквивалентно, но тези, които имат, могат да използват тези сесии, за да прегледат материала и да придобият повече практически опитһттр://.

Практическата лабораторна работа в този модул осигурява широка основа в областта на експерименталната физика, върху която се надгражда експерименталната работа за втората година на Етап 2 и работата по проекти в Етап 3. Учениците ще се научат също така да изготвят висококачествени печатни доклади с помощта на LaTeX и таблица със стилове. Модулът запознава учениците и с пакета за числена математика GNU Octave. Езикът Octave по същество е същият като езика MATLAB?, който се използва широко в търговската и изследователската среда за числено моделиране. Заключителният компонент на този модул е курсът PHY0000 "Комуникация и ключови умения", който се провежда през "Седмицата на възможностите", т.е. T1:06.

Разбирането на свойствата на материята е както основен аспект на физиката, така и много важен с оглед на нарастващото й технологично значение. Обхватът на кондензираната материя в рамките на програмите за придобиване на степен е разпределен в няколко модула, като този е първият. Целта на този модул е да се развие добро разбиране на основните понятия за свойствата на материята. Това се прави на две нива. Теми като еластични свойства и хидростатични свойства се обясняват с помощта на експериментални наблюдения и макроскопични (широкомащабни) теории. Повърхностното напрежение в течностите се обяснява с помощта на теория на молекулярно ниво. Това е последвано от микроскопично разглеждане на междуатомните взаимодействия, електронната структура на атомите в основно състояние и ротационните и вибрационните енергийни нива в молекулите. Структурата на течните кристали се разглежда от гледна точка на различните молекулни подредби. Накрая се описва атомната структура и връзката в кристали с диамантена структура и структура на натриев хлоридһттр://.

В този модул се разглеждат явленията, свързани с електростатиката (заряди в покой) и магнитостатиката (магнитни ефекти, свързани с устойчиви токове). Той въвежда и развива използването на векторите на електрическото и магнитното поле и ги свързва, като разглежда електромагнитната индукция на класическо ниво. Разработена е и връзката между тези полета и конвенционалните параметри на единични вериги R, C и L.

Този модул представя математическото изразяване на основните принципи на квантовата механика и методите за намиране на решения на задачи, които позволяват прост математически анализ. Тези решения демонстрират много от общите характеристики на предмета и ще бъдат прилагани в следващите модули в програмата по физикаһттр://.

Този модул се състои от едносеместриален проект, който може да бъде теоретичен или експериментален и обикновено се изпълнява в двойка. Тези проекти са с отворен край. Въпреки че обикновено са вдъхновени от изследвания в катедрата, студентите могат да предложат свои собствени теми за изследване. Студентите изготвят официален писмен научен доклад за своя проектһттр://.

Този модул се изучава от студентите от бакалавърска степен в етап 3. Той развива знанията на учениците по електромагнетизъм, квантова механика и илюстрира общите аспекти и връзките между двете области. Той се основава на основните модули от етап 2PHY2021(Електромагнетизъм I) иPHY2022(Квантова механика I). Отправна точка са уравненията на Максуел, въведени вPHY2021, които се манипулират, за да се получи уравнението на електромагнитната вълна и формата на решениятаһттр://.

Този модул представлява въведение във физиката на ядрените елементи и частиците, представено като серия от лекции и интегрирани пакети за самостоятелна подготовка, представящи темите като серия от основни области, формиращи основите на предмета. Това е основен модул за всички програми по физика и е подкрепен от уроци и задачи от третия етапһттр://.