Physics with Professional Placement MPhys

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://.

Този модул ще запознае студентите с теориите на квантовата механика и специалната теория на относителността и ще покаже как те се използват за обяснение на голямо разнообразие от астрофизични явления. Учениците ще развият широки познания и разбиране на ключовите идеи и езика, използвани от съвременните астрономи за описание и обяснение на наблюдаваната Вселенаһттр://.

Понятията за трептене и разпространение на вълни пронизват цялата физика. В този модул се идентифицират и прилагат основните принципи, което позволява на ученика да разбере много привидно несвързани системи. Като примери се използват широк кръг 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 надлъжни вълни в твърди тела, звукови вълни в газове и вълни в периодични структури (ключови за голяма част от физиката на твърдото тяло), последвани от въведение в геометричната оптика и оптичните системиһттр://.

Този модул се основава на практиката с подробни работни листове за всяко занятие и демонстратори, които са на разположение да отговорят на всякакви въпроси, които могат да възникнат. Учениците се насърчават да работят със собствена скорост в зависимост от предишния си опит. Учениците без предишен опит ще трябва да отделят повече време от по-опитните си колеги извън учебните занятия, за да изпълнят задачите, съдържащи се в работните листове. През първата половина на модула учениците се научават да използват Python за научни приложения. Python е интерпретиран език за програмиране от високо ниво с общо предназначение, който може да се използва за редица академични и научноизследователски дейности, включително математика на високо ниво и обработка на данни. Python се използва широко в търговски и изследователски среди. Това е последвано от двуседмично въведение в LaTeX за набиране на висококачествени доклади. Втората половина на курса представя основните области на цифровата електроника, които могат да се срещнат във физическите уреди и т.н., и осигурява необходимата теоретична подготовка за провеждане на експериментални изследвания. Обхваща се и малка част от аналоговата електроника, която е включена в полза на онези ученици, които ще изберат да не изучават допълнителни модули по електроника. Уменията, придобити в този модул, ще бъдат прилагани и развивани през цялата програмаһттр://.

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://.

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://.

Този модул осигурява широка основа в областта на експерименталната физика, върху която се изгражда практическата работа в Етап 2 и следващите години. Той започва с кратка поредица от лекции, допълнени с онлайн бележки, за анализ на грешките и изчертаване на графики. Лабораторната работа обикновено се провежда по двойки с помощта на демонстратори. Експериментите се записват в лабораторни книги и се представят като официални доклади. Един от експериментите включва групова работа и подготовка и представяне на устна презентация в среда, подобна на конферентна.

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 единичните вериги R, C и L. Този модул разчита на и развива способността на учениците да прилагат векторен анализ. Уравненията на Максуел в диференциална форма ще бъдат разработени систематично, като се започне от силата между две заредени частици, като по този начин се изгражда стабилна основа за изучаване на по-напреднал материал в PHY3051 Електромагнетизъм II.

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://.

В този модул ще се обясни как електроните и други вълни се разпространяват в кристални материали и влияят на техните свойства. Обсъждат се свойствата на периодичните структури, по-специално връзката между реалното и реципрочното пространство и представянето на еластичното и нееластичното разсейване в двете пространства. Както фононите, така и електроните са силно повлияни от кристалната структура, в която се разпространяват. В последния раздел на този модул се разглежда преносът на електрони в приближенията със свободен електрон и почти свободен електрон, които дават добро описание на поведението на електроните в металите и полупроводниците. Вибрационните възбуждания на кристалната решетка (фонони) са от особено значение за свойствата на изолаторитеһттр://.

Този модул ще даде възможност на студента да надгради знанията и уменията, придобити в PHY1026, за да постигне по-задълбочено разбиране и по-голяма компетентност в някои централни математически идеи и техники, използвани във физиката. Акцентът е върху практическите умения, а не върху формалните доказателства. Учениците ще придобият умения за някои ключови техники, които са пряко свързани с напредналите модули, с които ще се запознаят в по-късните етапи на своята програма, но също така имат широко приложение в математическите наукиһттр://.

Лабораторната работа е важна част от процеса на обучение по физика, в която учениците прилагат знанията си на практика. Тя позволява на учениците да задълбочат разбирането си и да усъвършенстват техниките за решаване на проблеми и им дава възможност да вземат активно участие в изследването на естествения свят. Този модул от Етап 2 надгражда модула от Етап 1 PHY1027 Практическа физика I, като въвежда по-усъвършенствани техники и оборудване, с по-подробни и често отворени експерименти, които изискват активно участие от страна на ученика. Експериментите допълват лекционния материал на модулите от Етап 2 и 3. Редица експериментални теми не са включени директно в лекциите и целят да разширят цялостното виждане на студента за физиката и способността му да дефинира и решава проблеми самостоятелно. Освен това модулът има за цел да развие широк спектър от експериментални умения, както и внимателно водене на записите, критично тълкуване на данните и представянето им в доклади и беседиһттр://.

Този модул надгражда обсъждането на топлинните свойства в модула PHY1024 Свойства на материята от Етап 1, въвежда класическата термодинамика и показва как нейните закони възникват по естествен начин от статистическите свойства на един ансамбъл. Представени са примери от реалния свят за ключовите идеи и е подчертано тяхното приложение в по-късните модули като PHY2024 Кондензирани вещества I и PHY3070 Звезди от раждането до смъртта. Концепциите, разработени в този модул, са допълнително разширени в модула PHYM001 Статистическа физика.

Това е вторият модул по електромагнетизъм, който се изучава от студентите по физика. Той надгражда PHY2021 (Електромагнетизъм I) и обхваща фундаментални физични явления, които учениците могат да наблюдават пряко. В началото на модула се прави кратко обобщение и се затвърждава трудният материал, разгледан в края на PHY2021. Излагат се уравненията на Максуел и се манипулира с тях, за да се получи вълновото уравнение, и се обсъжда формата на решенията. След това се въвеждат диелектричните и магнитните свойства на твърдите тела, като се набляга на честотната зависимост на техните реални и въображаеми компоненти и последиците за разпространението на вълните. Разглежда се разпространението на вълни по интерфейси между разнородни материали, което води до извеждане на коефициентите на Френел за отражение и предаване. Обсъжда се необходимостта от насочване на електромагнитни вълни с различна честота и се представя насочването чрез предавателни линии, вълноводи и оптични влакна. Накрая се разглеждат електромагнитните полета, генерирани от заряди, движещи се с еднаква или осцилираща скорост. Разглеждат се редица интересни физични явления, които са важни в най-различни области и в много ключови технологии. Това е основен предмет за програмите по физика и е подкрепен от уроци и задачи от третия етапһттр://.

Модулът обхваща редица по-напреднали теми, водещи до обсъждане на квантови преходи и нерелативистично разсейване. Голяма част от физиката се отнася до проявленията на електромагнитното взаимодействие, което е податливо на техники на смущения. Методите, описани в модула, са приложими към много ситуации в кондензираната материя и ядрената физика, което позволява получаването на полезни и информативни решения на неточно разрешими проблеми, без да се прибягва до числени методиһттр://.

Решаването на проблеми е процесът на отговаряне на въпроси чрез използване на разсъждения, надхвърлящи простото прилагане на предварително усвоени процедури. Това е синоптичен модул, който представя на учениците непознати проблеми за решаване. От тях се изисква да използват уменията и знанията по физика, които са натрупали през трите години на обучение в университета, за да разработят собствени решения на тези проблемиһттр://.

Учениците ще работят по проект, свързан с една от съществуващите основни изследователски групи в катедрата. През периода на проекта те ще се научат как да работят като част от изследователска група. Учениците не само ще развият изследователски умения и умения за общуване, но и ще придобият ценен опит в работата в екип. Обикновено между двама и четирима ученици ще работят по определена изследователска тема, а в рамките на групата учениците обикновено работят по двойкиһттр://.

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://.

Модулът ще прилага голяма част от основните физични знания, включени в PHY2021, PHY2024 и PHY3051, към нови системи и ще се занимава с фундаментални електрически, магнитни и оптични явления в метали и диелектрици. Модулът илюстрира и се основава на изследвания, проведени в катедрата: изследвания на прехода метал-изолатор, осцилационни ефекти в силни магнитни полета, оптични и магнитни явленияһттр://.

Този модул включва 45 или 60 кредита. Този модул формира втората част от проект от две части с общ обем 75 кредита, който обхваща етапи 3 и 4 на магистърските програми. Студентите ще продължат да работят в една от основните изследователски групи по физика по проекта, започнат на етап 3. Основна отличителна черта на степента MPhys е нейният съществен проект, който изисква от студентите да приложат придобитите знания към реален проблем в изследователска среда. Целта на този модул е да развие умения за решаване на проблеми с отворен край, които са характерни за практикуващия физикһттр://.

Този модул надгражда модула PHY2023 "Топлинна физика", изучаван от студентите на етап 2. Той акцентира върху четири аспекта на статистическата физика, като ги прилага към редица физични системи в равновесие. Първо, показва се, че познаването на термодинамичното състояние зависи от изброяването на достъпните квантови състояния на дадена физическа система; второ, че статистически величини като функцията на разпределение могат да бъдат намерени директно от тези състояния; трето, че термодинамичните наблюдаеми величини могат да бъдат свързани с функцията на разпределение, и четвърто, че теоретичните резултати се отнасят към експерименталните наблюденияһттр://.