物理学 Msci (Hons)

University of Bristol - 布里斯托尔大学

本单元的目的是向学生介绍物理学家所使用的基本实验室技能和技术。这些内容包括实际介绍基本实验室设备的使用，包括仪表、示波器、信号发生器和光学设备。介绍定量描述和评估实验测量的不确定性的方法。这将包括测量的平均数、标准偏差和标准误差的统计基础，随机和系统误差的处理，测量中不确定因素的组合，以提供对报价结果的不确定性的定量评估。培养在实验室笔记本中准确记录实验设置和程序的技能。介绍使用先进的计算机软件包进行数据分析和绘图，特别是数据与直线的拟合以及梯度和截距的相关误差的计算。培养学生在实验室笔记本中准确记录实验测量结果的技能，并参考电子文件中记录的数据。向学生介绍将实验结果报告为适合正式出版的文件的方法。向学生介绍查阅文献的方法，并通过正确的参考文献来参考其他工作，并了解版权问题。

本单元以A级物理学A2和核心物理学I（力学和物质）的某些方面为基础。它介绍了波和振荡的基本数学处理方法，作为量子物理学介绍的波函数的概念，场的概念和它们在3维的向量和向量算子方面的数学处理，以及基本粒子和场。

本单元将建立在物理和数学A2课程的基础上，并将学校教授的概念建立在坚实的数学基础上。学生的理解和知识水平将得到提高，使他们能够在二年级的物理课程中继续学习这些领域的知识。

本单元将提供完成第一年物理课程所需的数学练习和训练，并为以后的学习打下基础。

数学是我们描述、探索和交流物理世界的语言。它不变的证明能力使我们能够根据我们的模型进行预测，并促进了科学发现。因此，它构成了物理学学位的基础，并在整个过程中被持续不断地使用。在本单元中，你将学习如何编写物理问题的数学描述，如何解释这个数学模型，以及如何寻找解决方案。这将加深你对如何使用数学来理解现实世界问题的理解。你将发展的解决问题的技能是可以广泛转移的，并将在你的整个学位。

本单元概述了讨论宇宙结构和演化的增强型牛顿模型，以及最大尺度上的宇宙。

物理学是一门以观察和实验验证为核心的学科。本单元包括实验室工作、计算机研讨会和实验室会议报告。它继续发展关键的实验技能，使用各种标准仪器和分析数据。实验允许学生对设计和测量进行投入。通过对实验的正式书写，对每个实验的评估，以及在班级会议结构中的小组展示，可转移的技能被包括在内。该单元还允许教授和使用计算技能，并要求制作用于评估的计算练习。

物理学是以数学设施为基础的。本单元在C/4级的基础上，介绍了一些核心的数学技能。介绍了概率论和基本统计的概念，并将其与物理学中遇到的情况联系起来。对矢量方法和场论进行了深入的讨论，并引出了偏微分方程和用包括变量分离在内的一些方法来解决这些问题。涵盖了常微分方程的解决方案，并介绍和使用了正态基函数的概念。还强调了傅里叶级数和积分。

经典物理学包括物理学的大部分核心内容，建立在17至19世纪发展的基础上，是所有 "现代 "物理学的基础。本课程还首次正式介绍了量子物理学，这是我们最基本的物理学理论之一，它支撑着从原子和分子到固态物理学，再到量子场论和核与粒子物理学的一切。本单元建立在C/4级的振荡和力学领域的材料之上。本单元介绍了分析具有许多自由度的系统运动的方法。以中心力运动为例，讨论力学中守恒原理的意义。介绍了非惯性参考框架的力学。对旋转和角动量的处理被扩展到三维空间，允许全面了解刚体的运动。

量子世界是非直观的，但它正确地对许多小规模的现象提供了解释。对亚原子过程的定量研究涉及对速率和截面的测量。原子核物理学的某些方面可以用半经验质量公式来理解，加上壳模型中体现的量子思想。这些思想被应用于核稳定性、聚变和裂变，以及恒星和超新星的核合成过程。

本单元旨在提供热物理学领域的全面基础。该课程涉及经典的热力学和统计力学。经典部分通过一个数学框架，描述了热力学三大定律的解释和使用，以描述物质的大量属性之间的关系。统计力学部分描述了如何从微观模型中计算出经典和量子粒子的大量属性。

经典物理学包括物理学的大部分核心内容，建立在17至19世纪发展起来的基础上，是所有现代物理学的基础。本单元建立在C/4级的电磁场和电磁波领域的基础上。麦克斯韦真空和简单固体中的方程是讨论一般电荷和电流配置的场、力和能量的基础。研究麦克斯韦方程的波解，与材料的电磁和光学特性有关。研究了包括干涉和衍射在内的一般波现象，以及这些效应的实际应用。本单元是对量子物理学的第二个正式介绍。在上一单元的基础上，它首次介绍了量子力学的形式结构，包括其原理和假设。它涵盖了所有量子力学系统中最著名的氢原子，并介绍了多粒子的量子力学。

在本课程的前半部分，我们将为量子力学这一课题提供一个更正式的基础。这从讨论狄拉克符号开始，这是一种特别有效的处理量子力学形式主义的方式。使用狄拉克符号，我们将制定量子力学的原则和规则，并看看它们如何适用于真实的物理情况。你在二年级的量子力学课程中已经知道的一些基本系统将再次被涵盖，并且更加详细。这些包括自旋-1/2、谐波振荡器和角动量状态，例如，氢原子。

简单晶体结构的简要描述。来自周期性结构的衍射。各种简单晶体结构的互换晶格。晶体中的电子：自由电子和近自由电子理论-一个电子的近似值。周期性边界条件。状态密度。Fermi-Dirac分布的应用。布洛赫定理；能带。声子。能隙，布拉格反射和布里渊区的边界。缩小的、扩展的和周期性的区域方案。费米面的概念和简单构造。电子传输的半经典理论。晶体动量和有效质量。金属、半导体和绝缘体之间的区别。电子和空穴。自由电子金属中的传输。金属和半导体中的电子散射。半导体中的传输。霍尔效应。元素和化合物半导体。本质半导体中的载流子密度。 p型和n型掺杂。p-n结。功函数和接触电位。金属-半导体结。磁学的类型。泡利感应性。斯托纳模型。域和居里温度。简要提及超导性和麦斯纳效应.

本单元（实验室工作）要求学生在导师的指导下完成一个以研究为基础的实验，从而积累更多的现代仪器技术的经验，学习解决高级实验问题，培养找错和纠正的能力，并作为M/7级研究项目的准备.

每组约有8名学生，就纯物理学或应用物理学的一个专题领域编写一份书面报告和一个20分钟的演讲。报告包括一篇评论文章风格的技术论文，和一篇杂志文章风格的通俗叙述，总长度不超过8000字。该单元的重点是集体工作和学习，评估标准也反映了这一点。

本单元以C/4和I/5级的计算物理学为基础。课程介绍了评估、微分、积分和解方程的技术，然后将其应用于研究各种现实的物理系统。自定进度的编程练习，复杂度越来越高，有示范者的实践指导。这是一门关于使用计算机解决科学问题的课程。学生将学习如何在科学计算环境中使用计算方法来解决物理问题，计算机的限制是什么，以及如何克服或避免这些限制.

该项目为学生提供了进行物理学研究的机会，无论是实验还是理论，并进行调查，通常与该系的一个研究领域有关。实验项目通常是两人一组完成的。该项目由学生主导，并形成一份实质性的报告，详细说明该项目、如何处理该项目以及获得的结果。一个实质性的研究项目需要主动性和独立性以及多样化的知识和技能。这是一个深入了解解决实际问题的机会，并获得在特定研究领域工作的必要技能，以各种不同的方式展示工作。