高斯光学 - 平面和球面表面的反射和折射；薄透镜；厚透镜和透镜系统的主点；成像系统。 像差 - 光学材料的色散力；无色棱镜和透镜；单色像差；光线追踪。 光学仪器：棱镜、光阑、瞳孔和窗口；简单放大镜和目镜、望远镜。 光的波动性 - 反射、双折射和双折射；偏振器及其应用；干涉、干涉测量及其应用；光学镀层； Fresnel 和 Fraunhofer 衍射；分辨能力；激光的基本原理及其应用。 光的产生与测量 - 光度学的基本定律；反射率、透过率和吸收率。 实践工作：几何光学和波动光学的实验。
LabVIEW: 图形化编程，虚拟仪器，数据采集，仪器控制。 工程/物理应用的接口技术：输入输出设备及其接口。 过程控制与传感器/转换器应用：电压频率转换器，模数/数模转换器，峰值检测器。 信号处理：信号和噪声特性及信号增强/噪声抑制方法。
根据个别项目的构思和要求而定。
向量与向量场：向量代数；向量微积分与积分，梯度、散度、斯托克斯运算、拉普拉斯算子、旋度、坐标系。 偏微分方程（PDE）：一阶PDE，拉普拉斯方程，波动方程，初值与边值问题。 静电计算：利用麦克斯韦方程研究静止电荷分布产生的向量电场。通过边界条件、镜像法、复分析、求解泊松方程等方法进行研究。 时不变麦克斯韦方程：回顾静电学与恒定磁场的力定律作为矢量场方程。 波动理论：简谐波，平面波与球面波，叠加原理，驻波，拍频，色散与群速。 机械波：弦上的横波，细棒与流体中的纵波，声波，能量传播，波动方程，达朗贝尔解，边界条件。 光波：电磁波，偏振，泊松矢量，强度，介质中光的传播。
粒子的运动学：笛卡尔坐标系；极坐标系；圆柱坐标系。 粒子的动力学：牛顿运动定律；线性动量和角动量；势能；动能；功与能量定理； 振动：无阻尼自由振动；阻尼和强迫谐振； 多粒子系统：质心；线性动量和角动量；动能和功；稳定质量流系统；可变质量系统； 刚体运动。 机器人学：机器人组件的空间描述；不同空间之间的变换矩阵；正向运动学；逆向运动学；轨迹生成。
课程大纲涵盖三个领域： 服务学习的概念与实践： • 服务学习的原则、概念与神话 • 服务学习对学生、大学和社区的好处 • 服务学习中的伦理问题 • 社会问题的基本概念与理论、发展与正义 • 全球公民作为知识分子与专业人士的社会责任 • 服务提供中的适当态度与行为 • 服务项目提案的开发 • 服务学习项目中的有效团队合作与问题解决技能 • 反思作为学习的工具 学科特定的概念、问题与技能： • 科学素养与思维的原则与概念 • 科学方法与探究；假设、预测与实验的形成 • 力与能量、天气与气候、健康与环境、不同科学设备的工作原理的物理概念 • 科学素养对社会的影响；对科学的恐惧；伪科学与准科学的区别 项目特定的概念、问题与技能： • 向儿童教授与演示科学概念的概念与实践，包括教学方法；布卢姆分类法；课堂管理与教学计划的制定；与儿童沟通与有效解释科学原理的技能，不使用技术术语 • 贫困社区儿童面临的财务、文化与社会经济挑战 • 教学与监督儿童相关的道德、伦理与安全问题
声学原理：声波在空气中的行为；自由场中点声源的辐射；声压、声功率和声强度级之间的关系；声阻抗；室内声学。 环境噪声测量与控制：噪声的本质；噪声标准和评价曲线；其他噪声控制标准（Leq等）；噪声水平和隔声的测量；工业噪声和建筑施工噪声的减少研究；振动。 超声换能及其应用：压电材料；换能器构造；近场和远场的场型；应用：固体物理学；医学；无损检测和水下声学。
非线性方程的求解：二分法、牛顿-拉夫森法，收敛速率比较，单缝衍射的最大值，受限于有限方形阱势阱的波函数的本征值。 函数逼近：线性插值，拉格朗日插值多项式，使用最小二乘法进行曲线拟合，使用不同有限差分方案逼近导数。 数值积分：矩形法、梯形法和辛普森法，这些方法的准确性比较，波函数的归一化和期望值，PN结的势垒。 常微分方程：初值问题，简谐振子，强迫振子和阻尼振子，范德波振子，欧拉法，二阶和四阶龙格-库塔法（RK2和RK4），使用射击法求解边值问题。 热扩散问题：常数和变系数下的热扩散。 二维电位分布：高斯赛德尔法，逐次超松弛法，拉普拉斯方程和泊松方程，狄利克雷、柯西和纽曼边界条件，拉普拉斯方程和泊松方程求解电位分布。
介绍：辐射度学，黑体辐射定律，点源与扩展源，热辐射，辐射能量传递，辐射噪声。 光学探测器：探测机制（光电检测原理，本征光伏效应，光电导检测，光电二极管的工作特性与特性）；噪声简介；探测器要求，响应度与量子效率，频率响应，性能指标，探测器性能测量；光电倍增管，多通道与平板，电荷存储与电荷转移概念，输出读出技术，电荷耦合器件阵列测试，时间延迟积分。 成像系统：光学成像材料，胶片与数字摄影，成像系统中傅里叶变换的时间与频率分析，采样，滤波与数字化。 热成像：红外辐射的性质，红外探测器，热探测器。
时变场：法拉第电磁感应定律；麦克斯韦方程组；边界条件；电磁波谱。 平面电磁波：波动方程的解；无耗和有耗介质中的平面波，群速度；电磁功率的流动和泊松矢量；平面边界处的平面波。 波导：沿均匀引导结构的行为；引导模式。 天线：辐射的物理方面；基本天线参数；天线方向图和方向性；弗里斯传输公式和雷达方程。
计算机接口：使用RS-232、USB和IEEE488接口进行计算机控制的电气测量技术。 过程控制技术：自动控制系统中的比例、积分和微分（PID）过程控制概念，如PID温度控制器的应用。 信号分析：使用数字示波器进行傅里叶变换信号分析。 信号噪声减少：信号和噪声特性及信号增强/噪声减少方法，如锁相放大器技术。 光电技术和光纤通信：光纤特性及通过光纤进行的模拟/数字通信。
傍轴光学；光线追迹；透镜系统，物理光学，光学材料。 一阶像差，三阶像差，色差，成像质量指标，光学传递函数（OTF），OTF计算。 评价函数，光学设计程序，透镜设计优化，公差分析。 辐射，色彩和色彩再现，实用光源及照明定律，室内和室外照明设计，照明计算方法。 设计和优化单片/双片透镜、光谱仪、光束扩展器、双高斯相机透镜、牛顿望远镜、马苏托夫望远镜、变焦镜头和色散棱镜的小型项目。
连续激光的工作原理：三级和四级激光系统，波长线型展宽，辐射相干性，受激辐射，激光增益介质，激光速率方程，泵浦技术，激光谐振腔，纵模和横模。 脉冲激光的工作原理：Q开关和模式锁定激光。 研究各种类型的激光系统设计：超快激光、气体放电激光、二极管泵浦固体激光、半导体激光、可调谐染料激光。 激光表征：光束质量、发散角、脉冲宽度、重复频率、强度、波长FWHM、高斯光学和模式匹配、激光安全、激光光耦合。 激光安全与危害：光与物质的相互作用，分子能级，吸收，受激辐射和自发辐射，散射，特定应用的激光选择标准。 激光的应用实例：用于材料加工的激光、基于激光的传感或成像。激光在医学中的应用：激光手术、激光在科学中的应用，如吸收光谱；激光镊子等。军事应用：激光制导导弹、瞄准激光、目标指示器。
晶体结构：晶格和基元；晶格矢量；晶胞；晶体对称性；布拉维晶格体系；晶面和米勒指数；倒易空间；晶格间距。 固体中的键合：共价键；离子键；金属键和范德华键。 X射线衍射：衍射X射线束强度的公式；原子形式因子和结构因子；晶体结构的确定。 晶格振动与声子：单原子和双原子线性链的振动；布里渊区；振动模式密度；声子；爱因斯坦和德拜模型；晶体的比热容和热导率。 电子态：布洛赫定理；简并区方案；近自由电子模型；近结合模型；电子能带的形成；费米面，载流子比热容。 磁性：g因子；顺磁性；铁磁性，居里温度，铁磁畴；磁共振。
热力学第一定律：基本热力学概念；焓；流动过程。 热力学第二定律：第二定律的表述；热机和制冷机；克劳修斯定理；系统的熵。 热力学势及其在简单热力学系统中的应用：热力学势；热力学方程；理想气体；实际气体；弹性杆。 相平衡与相变：平衡条件；克劳修斯-克拉贝龙方程；临界点；一级和二级相变。 统计力学基础：统计权重；孤立系统和热浴中的平衡；玻尔兹曼分布；配分函数。 理想经典和量子气体：理想经典气体的配分函数；麦克斯韦速度分布，能量均分；量子统计。 粒子数可变的系统：吉布斯分布；费米-狄拉克和玻色-爱因斯坦分布；金属的自由电子模型；费米能级；玻色气体，玻色-爱因斯坦凝聚。
光的反射、折射和全内反射；斯涅尔定律。 透镜方程；投影仪和放大镜的基本原理；光学元件的操作和对准技巧。 理解人眼对大小和颜色的感知。 光的颜色和偏振；光的偏振；布儒斯特角；偏振片；彩色滤光片。 望远镜和显微镜；双缝干涉和单缝衍射；光学清洁；光学元件的操作和对准技巧。 理解并使用光电子实验装置来表征黑体辐射；白炽光源；LED；白光光源。
太阳辐射与太阳能：太阳的能量；太阳光谱；AM0和AM1大气质量；太阳模拟器；光伏的历史与现状。 p-n结太阳能电池的基本原理：半导体基础；光吸收；I-V特性；工作原理；太阳能电池的等效电路；性能参数（开路电压Voc、短路电流Isc、填充因子FF、效率η）和光谱响应。 太阳能电池的设计与制造：功率损失；能量转换的限制；管理光线；硅太阳能电池设计的优化；硅的替代材料（如GaAs等）；制造工艺。 先进光伏器件：薄膜和叠层太阳能电池技术；染料敏化电池；纳米结构电池；有机光伏；热光伏器件。 光伏组件与系统：光伏组件和阵列；储能系统；直流/直流和直流/交流转换器；充电控制器；光伏系统的运行。
材料：材料分类。 材料结构：原子、原子键合；晶体结构；晶胞；缺陷；显微结构；扩散；相态与相图。 机械行为：拉伸试验；弹性变形；塑性变形；位错运动；孪晶；硬度测试；断裂；冲击试验；脆性-韧性转变；蠕变；疲劳。 材料表征技术：X射线衍射；拉伸试验；合金系统的热分析；金属腐蚀；显微结构分析。 功能材料与应用：超导、导电、半导体、介电材料的电学性质及其应用；磁性材料的磁学性质及其应用；铁电、压电材料及形状记忆合金作为智能材料的应用。
医学光学成像：光学图像形成的基本原理。内窥镜的设计与应用。内窥镜的应用。风险与安全问题。其他医学光学成像技术，如光谱学、近红外医学成像、扫描激光视网膜成像和光学相干断层扫描。 超声医学成像：声波在生物组织中的传播与相互作用。超声图像形成的基本原理。超声波的生成机制；超声换能器的设计。扫描与显示格式。多普勒超声及其应用。超声成像的优缺点及其与其他成像技术的比较。商用仪器的最新趋势。 磁共振成像：磁场对生物组织中质子的影响；磁场脉冲的影响。弛豫过程及其测量。磁共振成像。MRI仪器、应用与注意事项。商用仪器的最新趋势。 X射线摄影与计算机断层成像：X射线的基本原理；X射线与人体的相互作用。X射线摄影仪器。X射线对比剂。X射线成像技术（平面摄影、乳腺摄影和透视）。计算机断层成像：仪器与图像重建。X射线成像的应用与注意事项。 放射性核素成像：放射性与放射性示踪剂半衰期。平面闪烁显像及其应用。单光子发射计算机断层成像（SPECT）及其应用。正电子发射断层成像（PET）：示踪剂、仪器与临床应用。
声学原理：声波在空气中的行为；自由场中点声源的辐射；声阻抗；室内声学；振动。 噪声测量与控制：噪声的本质；噪声标准和评价曲线；噪声控制标准（如Leq等）；噪声控制计划。 超声换能与智能应用：压电材料；换能器构造；近场和远场场型；医学和工业中的应用，如无损检测、声学分析。 声音记录与识别：扬声器；麦克风；存储介质；音频文件格式；声音识别。
