物理学与计算 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使用的基本实验技能和技术.

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。

本单元是为新的 "X与科学计算 "学位的第一年的学生设计的。它将涵盖科学家计算机编程的基础知识，以及科学编程的方法和计算机科学的重要背景概念，使学生获得参与更高水平的计算课程所需的知识.

本单元是为新的 "X与科学计算 "学位二年级的学生设计的。它将涵盖中级科学计算机编程，以及数据采集和处理的方法，还有数据可视化和图形编程。在该课程结束时，学生将拥有参与H级和M级科学计算课程的必要知识。

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和一个小组演示。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。通过对实验进行正式的写作，对每个实验进行评估，并进行小组展示，包括可转移的技能。

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 "物理学的支柱。本课程还提供了对量子物理学的第一次正式介绍，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。

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 "物理学的支柱。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。麦克斯韦方程的波解被研究，与材料的电磁和光学特性有关。研究了一般的波现象，包括干涉和衍射，以及这些效应的实际应用。

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。

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。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.

大约八名学生组成的小组，来自不同的背景，将在一个科学计算项目上工作，以解决一个由学术界或工业界合作伙伴指定的问题。作为一个小组，他们将制作一个应用软件，强调科学的严谨性、用户界面（参数的规范）和输出的展示，并将产生一个20分钟的介绍该软件的演示。就个人而言，学生们将制作一份初步的文献调查和范围界定文件，以涵盖他们的项目部分，以及一份详细说明他们对整个项目贡献的最终报告。这些报告应该是技术文件，每份报告的长度不超过2000字。本单元的重点是集体工作和学习，结合基于问题的学习，评估标准反映了这一点。