Physics (4 years) Msci (Hons)

The University of Nottingham

本模块旨在为学生提供对物理学核心概念的入门级的严格理解。该模块是各年级所有其他物理模块的基础。

这个为期一年的模块将训练你对物理过程的数学建模。你将涵盖的主题包括基本的统计和误差、尺寸分析、曲线草图、数量级和估计，以及物理学中的综合问题等。

你将学习一些用于分析物理行为的数学技术。主题将包括：复数；单变量微积分；平面几何；微分方程；多变量微积分；矩阵代数。你将每周花大约三个小时在研讨会和讲座上学习这个模块。

本模块向你介绍核心模块中所遇到的物理学以外的主要领域，包括那些处于现代研究前沿的领域。特别是对天文学、生物物理学和纳米科学的介绍。其他主题包括凝聚态物理学、原子和粒子物理学以及环境物理学。

你将接受使用MatLab的基本计算技术的培训，并将被介绍给他们在解决物理问题中的应用。你将花三到四个小时上计算机课，每周有一个小时的讲座.

在这个模块中，你将得到：对实验物理学中使用的基本技术和设备的介绍；分析和解释实验数据的培训；观察理论模块中讨论的现象的机会以及记录和撰写科学报告的技能培训.

在这个模块中，你将发展你的实验技术并获得一些关键仪器和方法的经验。实验将涵盖电学测量、光学和辐射。你还将学习如何使用计算机来控制实验，以及如何直接从测量仪器中记录数据。

在 "从牛顿到爱因斯坦 "模块中，你学到了场的概念，一个在空间的每一点都被定义的量。在本模块中，将通过介绍矢量微积分的数学知识来扩展对场的描述。本模块将从介绍矢量微积分开始，以理想（非粘性）流体的流动为背景加以说明。然后，数学将被用来提供一个描述、理解和使用电磁学规律的框架。我们讨论电场和磁场是如何相互关联的，以及与电荷和电流的关系。我们将描述介电材料内部的电场和可磁化材料内部的磁场的宏观描述，包括在材料界面适用的边界条件。

许多物理系统支持波的传播，从我们熟悉的水面上的波到我们认为是光的电磁波。本模块的前半部分将侧重于光学：对光的研究。将涵盖的主题包括：几何光学；光的波描述；干涉和衍射；光学干涉测量。该模块的后半部分将介绍讨论波的传播的更一般的方法，以及傅里叶方法。

宏观系统表现出的行为与孤立地研究其微观成分的行为有很大不同。新的物理学出现在许多相互作用的自由度的相互作用中。在本模块中，你将了解到物质的重要物理特性和描述它们的两种主要方法。一种是热力学，处理宏观相关的自由度（温度、压力等），并找到这些自由度与支配它们的基本规律之间的关系，而不考虑它们的微观结构。另一种方法，即统计力学，通过用统计描述取代详细的微观动力学，将宏观相关属性与微观物理学联系起来。这两种方法的共同特点是引入了两个宏观量，即温度和熵，它们没有微观意义。

本模块将介绍量子力学的理论和基本应用，这一理论是20世纪物理学的关键成就之一。量子力学是一种优雅的理论构造，既美丽又神秘。量子力学的一些预测是完全违反直觉的，而且它的一些方面也没有得到正确的理解，但它已经在实验中测试了50多年，只要能预测，都与实验一致。

本模块将向学生介绍原子、原子核和物质的基本成分及其相互作用的物理学。该模块还将发展这些的量子力学描述。将涵盖的主题是。近似技术一阶扰动理论、退行性、二阶扰动理论、转变率、随时间变化的扰动理论、费米的黄金法则；粒子物理质子和中子、反粒子、粒子加速器和散射实验、守恒定律、中微子、轻子、重子和强子、夸克模型和强相互作用、弱相互作用、标准模型。原子物理学简介 复习氢原子的简单模型，费米统计和保利原理，奥夫堡原理，氢原子，交换，精细结构和超精细相互作用，偶极相互作用，选择规则和转变率。.

本模块将提供固态物理学的一般介绍。涉及的主题包括化学键的结合性质，固体形成的热力学；晶体结构的描述，K空间，互易晶格，布拉格衍射，布里渊区；近自由电子模型--布洛赫定理，来自电子布拉格散射的带隙，有效质量；带论费米面，传输的定性描述，金属、绝缘体和半导体.

你将从物理学的几个领域中抽出一个项目。该项目可以是实验性的或理论性的。许多项目反映了学术人员的研究兴趣。你们将结对工作，并被要求制定工作计划，为你们的项目确定现实的目标。每一对都有一个项目主管，负责制定项目。

你将扩展和发展你的量子理论知识，特别强调量子系统是如何随时间演变的。该模块将侧重于发展量子力学的数学形式主义，以及介绍重要的物理模型和计算技术。

在这个为期一年的模块中，你将致力于解决一个理论或实践问题。你将在第一学期研究你选择的项目，并在第二学期进行你的原创研究。你将有机会与外部各方合作，如工业实验室、学校或医院（如果适合你的课题）。