2017高考專業：盤點那些和物理有關的專業

物理學是自然科學三大學科之一，也只中學課程理科學習主要的學科。浙江新高考改革，家長和考生在選擇選考科目時，考試院給出一個數據，大學專業設置和物理相關的專業數量是最多的。當然如果仔細探究，絕大部分專業最基礎的還是數學，這裡說的相關，主要指專業的研究和應用中，把專業涉及的知識體系看做一棵樹的話，樹的主幹是物理所包含的專業。

如按對物理原理、定理的研究和應用分類，由物理這枝主幹分叉組成的專業可以分成兩大類：直接相關（專業內容就是研究對象的物理性質）的專業（物理學）和以物理原理應用為專業知識體系基礎的專業（應用物理學以及各工程應用學科）。

按百科定義：物理學（physics）是研究物質結構、物質相互作用和運動規律的自然科學，是一門以實驗為基礎的自然科學。物理學的一個永恆主題是尋找各種序（Orders）、對稱性（Symmetry）和對稱破缺（Symmetry-breaking）、守恆定律（Conservation laws）或不變性（Invariance）。

從17世紀牛頓力學的建立到19世紀電磁學基本理論的奠定，物理學逐步發展成獨立的學科，當時的主要分支有力學、聲學、熱力學和統計物理學、電磁學和光學等經典物理。到20世紀初，相對論和量子論的建立打開了物理學的一個新的空間，促使物理學各個領域向縱深發展，不但經典物理學的各個分支學科在新的基礎上深入發展，而且形成了許多新的分支學科，如原子物理、分子物理、核物理、粒子物理、凝聚態物理、等離子體物理等。在近代物理髮展的基礎上，萌發了許多技術學科（物理學的工程應用），如力學技術、核能與其它能源技術、半導體電子技術、激光和近代光學技術、光電子技術、材料科學等，從而有力地促進了生產技術的發展和變革。

一、和物理直接相關的專業

物理學

大學通常把物理直接相關的專業設置為物理學（系），選擇大學物理專業學習，本科畢業能做什麼呢？

以浙大物理學系的培養方案為例，物理學本科專業的培養目標為：「培養具有良好的數理基礎和實驗技能，並能運用物理學的基本理論和方法分析和解決實際問題，且具有創新意識的高級研究人才或應用、開發型人才。畢業生除作為國內外高校和研究所的研究生生源外，還可在材料物理、量子信息、納米科技、新型能源等高科技交叉領域或金融、電信等部門從事原創性開發、應用技術開發和相關管理工作。」

這段點明了物理本科畢業兩個方向（出路），一是讀研，二是在一些領域從事技術開發和管理工作。

本科畢業要求為：「主要學習物質運動的基本規律，掌握物理學科的基礎理論、基本知識和基本實驗技能；具有英語進行交流的能力；利用現代信息技術獲取所需資訊的能力；接受運用物理知識和方法進行科學研究和技術開發的訓練，使其具有良好的科學素養和一定的科學研究與應用開發能力；並對理論物理、凝聚態物理、光學、等離子體物理、無線電物理等二級學科的現代發展有深入而廣泛的了解，或者對當代高科技相關領域的發展有廣泛而深入的了解。」

本科畢業，學習掌握了一定的理論和基本的實驗技能，本來按教學研究的人員配置，本科畢業可以做大學的助教、實驗人員以及研究助手，但國內高校，中科院的入職門檻逐年抬高，要申請上述崗位，一般都要求碩士以上（目前城市的重點中學入職也要求碩士）。因此，物理本科畢業，其專業就業的主要方向是去相關公司企業，從事技術開發工作。

物理學專業的主幹課程為：物理學/大學物理、原子物理、物理學實驗、近代物理實驗、計算物理 、理論力學、電動力學、量子力學、熱力學與統計物理。基本是最基礎的理論知識和實驗技能學習。

大學四年，學習的時間有限，物理學的分支又較多，如前述的力學、電磁、光學等，大學期間不可能觸及所有分支方向。為使學生根據自己的興趣和特長，今後讀研及就業方向進行不同分支知識的學習，學校又開設了不同方向專題的選修課程。如：光學專題，電子與無線電專題，凝聚態物理專題，理論物理專題等相關課程，如激光原理及應用，光電子物理，半導體器件學等。

這樣，本科畢業如讀研深造，學生就可以根據所選擇的專題選擇相關專業及研究方向進行，包括本系和外系。如可去光電信息工程；材料科學與工程的半導體物理、材料物理、納米材料；能源系的新能源器件；信電系的信息通信，微電子；電氣的電子信息工程；測控技術與儀器、生物醫學工程；計算機；力學系以及和結構力學，動力學，振動，雜訊相關的航空航天，車輛，土木工程；能源熱能工程，低溫等專業。

如本系讀研，物理學系按研究領域又分成兩個方向，理論物理和應用物理。因此，學生可選擇理論物理做基礎研究和應用物理做應用研究。

從名稱上就可以看出，理論物理重點在「理論」二字，主要做物理學的基礎研究，理論物理趨向於研究物質的微觀特性。根據研究方向又再細分為：

凝聚態物理、原子物理學、高能物理學、計算物理學、粒子物理學、原子核物理學、分子物理學、激光物理學、等離子體物理學、光學物理學和生物物理學等等。

凝聚態物理學是從微觀角度出發，研究由大量粒子（原子、分子、離子、電子）組成的凝聚態的結構、動力學過程及其與宏觀物理性質之間的聯繫的一門學科。凝聚態物理是以固體物理為基礎的外向延拓。凝聚態物理的研究對象除晶體、非晶體與准晶體等固相物質外還包括從稠密氣體、液體以及介於液態和固態之間的各類居間凝聚相，例如液氦、液晶、熔鹽、液態金屬、電解液、玻璃、凝膠等。

粒子物理與原子核物理：研究粒子（重子、介子、輕子、規範粒子和夸克等）和原子核的性質、結構、相互作用及運動規律探索物質世界更深層次的結構和更基本的運動規律。從根本意義上講，粒子物理和核物理的研究處於整個物理學研究的最前沿。

由於宇宙中大量核過程的存在，這門學科對於認識物質世界的另一極端，即天體的形成和演化的規律起著重要的作用。核物理的研究推動了核能的廣泛利用。

粒子物理和核物理的實驗研究對極為精密和極為複雜的儀器設備以及先進實驗技術的需求是高新技術發展的推動力之一。

理論物理本科畢業今後可進一步攻讀博士學位，做博士後，畢業後主要在高校和科研院所從事科學研究，還可去公司企業從事技術研發等工作。

應用物理：主要培養掌握電子技術、計算機技術、光纖通信技術、生物醫學物理等方面的應用基礎知識、基本實驗方法和技術，能在物理學、郵電通信、航空航天、能源開發、計算機技術及應用、光電子技術、醫療保健、自動控制等相關高校技術領域從事科研、教學、技術開發與應用、管理等工作的高級專門人才。

應用物理學針對實際用途而進行的物理研究，應用物理和工科最接近，但應用物理學與工程學（工科）不同，應用物理學不會特別地設計某種元件或機器，而是用物理學或從事物理研究來發展某種新科技或解析某問題。

用一個通俗例子—手機來說明，應用物理和以物理知識為主幹的工科的區別是，應用物理可以研究手機的晶元，電路，底層通信系統軟體等，就是不做手機整機，而工科則是把手機做成商品。

力學

經典物理學的另一個重要分支——力學，在大學已單獨成為一個學科專業——力學系，包括流體力學和固體力學兩個專業方向。

力學是研究物質機械運動的科學。機械運動亦即力學運動，是物質在時間、空間中的集團變化，包括移動、轉動、流動、變形、振動、波動、擴散等。力學原是物理學的一個分支學科，在人類生產和工程技術的推動下，力學從物理學中獨立出來。它既是探索自然界一般規律的基礎科學，又是一門為工程服務的技術科學。

力學的研究對象是以天然的或人工的宏觀的物質機械相互作用和運動為主。但力學也涉及微觀各層次中的對象及其運動規律的研究。力學產生很早， 古希臘的阿基米德(約公元前287 —212) 是靜力學的奠基人。英國科學家牛頓繼承和發展了前人的研究成果，提出了物體運動三定律，標誌著力學開始成為一門科學。到了20 世紀，力學得到蓬勃發展。目前，力學已形成了幾十個分支學科，諸如一般力學、固體力學、天體力學、結構力學、物理力學、流體力學、空氣動力學、流變學、爆炸力學、計算力學、連續介質力學、應用力學、岩土力學、振動學、水動力學、多相流（同種或異種化學成份物質的固—氣、液—氣、液—液或固—液—氣系統共同流動的規律）、電磁流體力學、生物力學等等。

流體力學是研究在各種力作用下流體本身的靜止狀態、運動規律,以及流體和固體壁面、流體和流體之間、流體與其他運動形態之間相互作用的學科。流體是液體和氣體的總稱，大氣和水是最常見的兩種流體。普通流體力學、水動力學、流體振動與波浪、氣體動力學(可壓縮流體力學)、空氣動力學、稀薄空氣動力學、粘性流體力學、射流、 多相流、電磁流體力學、化學流體力學。

固體力學是研究可變形固體在外界因素(如載荷、溫度、濕度等) 作用和影響下，其內部質點的位移、運動、應力、應變和破壞等規律的學科。它是力學中形成較早，理論性較強，應用較廣的一個分支。

根據研究方法，力學還可以分為實驗力學、理論力學、物理力學和計算力學等。

力學是大部分工科的基礎，如土木，機械，船舶，橋樑，隧道、航空航天，車輛等，與這些工程學科相關的力學又稱為工程力學。

經典物理學的另一個分之——熱力學，在大學多是一些工程學科的主要基礎課程，如化學工程專業、能源工程、材料工程、動力機械等專業。

力學專業本科畢業，和物理學一樣，可以繼續讀研深造，也可以去設計院所，公司企業從事力學計算，設計等相關工作。如流體力學，飛行器設計中進行空氣動力學計算，河流，管道流體計算；固體力學進行結構強度、疲勞斷裂性能計算和產品設計等。

光學

光學是研究光輻射的性質及其與物質相互作用的一門基礎學科，具有悠久的歷史。光學研究光輻射的基本性質及其與物質相互作用的基本特徵，包括光的產生、傳輸與探測規律，光與原子、分子、凝聚態物質、等離子體相互作用的線性和非線性光學過程及光譜學特徵。研究光學與其它學科交叉的有關問題及應用。

本世紀六十年代初激光問世，開創了光學學科新的紀元，不僅使光學再度成為人類探索大自然奧秘的主要手段及前沿學科，也帶動了科學技術和工業的革命性變化。

激光為人類提供了性能奇特的相干光源新的光學效應隨之不斷湧現，新的分支學科如非線性光學、量子光學、光電子學、原子光學等層出不窮。激光與其它學科的結合又使諸如激光化學、激光生物學、激光醫學、光量子信息科學等交叉學科應運而生。激光的應用從核聚變、光通信、光信息處理到印刷、記錄技術幾乎無所不在。

近年來飛秒高功率激光、X射線激光、光集成、光纖技術、激光冷卻、光量子通訊、量子計算機和量子密碼術等的迅速發展使光學學科的地位與作用與日俱增。

光學在大學學科專業設置中，一般作為物理學的二級學科或研究方向，工科專業設置為：光學工程或光電信息科學與工程。理科本科畢業去向同物理系；應用可去技術檢測部門，與光學有關的公司企業從事檢測、產品研發設計製造等工作。

除物理學（光學）、力學，以及在文章第二節要介紹的以物理為主幹的工科專業外，在大學學科專業設置中，還有一些和物理相關，即以學習和研究的物體對象的物理性質為主的理科專業。如：

化學學科的物理化學專業，天文學的天體物理，材料學科的材料物理，地質學的地球物理學，海洋物理學、經濟物理學，生物物理，醫學物理，大氣物理、數學物理等。

天體物理學（astrophysics）既是天文學的一個主要分支,也是物理學的分支之一,它是利用物理學的技術、方法和理論來研究天體的形態、結構、物理條件、化學組成和演化規律。

天體物理分為二大部分：觀察天體物理和理論天體物理。觀察天體物理使用電磁譜（光學、無線電、紅外、紫外）作為天體物理的觀察手段。理論天體物理使用一些手段：包括分析模型化和計算機數字模擬，都各有自己的優點。分析模型化一般對不深入星體內部時較有利；數字模擬可指示存在的現象和尚未看到的效應。

理論天體物理研究的項目包括：星體動力學和演化；星系的形成；磁流體動力學；宇宙間大尺寸物質結構；宇宙射線的起源；廣義相對論和物理宇宙學；包括弦（string）宇宙學和天體粒子物理。

天體物理中較廣泛接受的理論和模型包括：大爆炸模型，宇宙膨脹論，暗物質，暗能量和物理的基本理論。

地球物理學 （geophysics）： 通過定量的物理原理和方法（如：地震彈性波、重力、地磁、地電、地熱和放射能等方法），以強有力的數學和計算機應用為工具，來研究固體地球的整體行為及其內部結構、物質組成、狀態和運動規律、各圈層的演化和相互作用等動力學過程及其對人類的影響；以及尋找地球內部礦藏資源的一門綜合性學科，研究範圍包括地球的地殼、地幔、地核和大氣層。地球物理學研究分支包括：固體地球物理學，地球動力學，地震學，大地測量學，地熱學，地磁學，水文地理學，海洋學，氣象學，地核構造學，勘探地球物理學，比較行星學，大地構造物理學和大地天文學；傳統地球物理學主要指固體地球物理學，現代地球物理學的研究延伸到地球大氣層外部的現象（例如電離層電機效應、極光放電和磁層頂電流系統甚至延伸到其他行星及其衛星的物理性質。

地球物理學屬於理科，學生畢業授予理學學位，專業課程有： 連續介質力學、波譜分析和數字信號處理、地震學、地震分析與地震預報、地質學基礎、野外地質學、重力與固體潮、應用地球物理學、地震勘探引論、普通地球化學等。本科畢業主要兩個去向：繼續深造讀研和去地質、工程、公司等單位，進行礦產資源勘查，地質災害（地震、火山、滑坡、泥石流等）研究、預報及處理，以及從事能源開發、工程建設、污染治理和環境保護等工作。

地球物理學的延伸是空間物理學，因研究地球必須考慮近地層的影響， 近地(包括電離層、磁層)和行星際空間的各種物理過程，太陽活動的規律等，它們會對地球環境，地質結構變化，地球環境產生影響。

因此，地球物理系二級學科（專業）設置一般包括兩個：地球物理學和空間科學與技術。上一層專業為地質學，相關專業包括地球信息科學（遙感），地理信息科學等。

海洋物理學，海洋科學的一個分支。海洋物理學是以物理學的理論、技術和方法，研究海洋中的物理現象（聲、光、電現象和過程）及其變化規律，並研究海洋水體與大氣圈、岩圈和生物圈的相互作用，研究海洋探測的各種物理學方法。為海況和天氣的監測及海洋預報提供依據。

根據研究方法和對象的不同，海洋物理學又形成一些重要的分支學科。主要的有物理海洋學、海洋氣象學、海洋聲學、海洋光學、海洋電磁學和河口海岸帶動力學等。

物理海洋學主要研究發生在海洋中的流體動力學和熱力學過程，其中包括海洋中的熱量平衡和水量平衡，海水的溫度、鹽度和密度等海洋水文狀態參數的分布和變化，海洋中各種類型和各種時空尺度的海水運動（如海流、海浪、潮汐、內波、風暴潮、海水層結的細微結構和湍流等）及其相互作用的規律等。

海洋物理學專業本科畢業，如要從事研究工作就需進一步讀研深造；其他可去海洋院所從事海洋（海底）測量，數據處理計算、港口設計、海洋運輸管理等工作。

材料物理

材料物理是從物理學原理出發研究材料結構、特性與性能的一門新興交叉學科，主要面向新能源與新信息等新功能材料的研究與製備。

相關專業有材料學，材料加工工程，凝聚態物理，固體化學，微電子學與固體電子學，高分子化學與物理等。

研究方向主要包括：太陽能電池、晶體材料、光電材料、納米材料 、電子陶瓷、半導體材料等等。

本科畢業可以繼續讀研深造，也可以在新能源行業，半導體，電子元器件製造企業從事產品研發、設計及製造工作。

二、以物理為專業知識體系的專業

物理學是廣泛應用於生產各部門的一門科學，有人曾說過，優秀的工程師應是一位好物理學家。反過來也可以敘述，學好物理是做一名優秀工程師的基礎。

大學的學科及專業設置，大多數專業和物理有關，即其知識體系是以物理這門科學為主幹，這也是科學技術發展及人們對自然探究，社會進步，人類文明發展的需要。

根據物理學的幾個主要分支，可以把和物理相關的工程應用專業分成幾個大類：

（1）以力學為基礎的學科專業

主要包括：

工程力學（流體力學、固體力學）

土木工程（結構力學、理論及材料力學、振動及動力學、岩土力學）

機械工程（理論及材料力學，振動及動力學，運動學、彈塑性力學、斷裂力學）

航空航天、車輛工程（流體力學、空氣動力學、理論及材料力學、熱力學、振動及動力學、固體力學、彈塑性力學、斷裂力學、運動學）

橋樑及隧道工程（固體力學，岩土力學、理論及材料力學、振動學，動力學）

船舶與海洋工程（流體力學、結構力學、理論與材料力學、彈塑性力學、疲勞斷裂力學，空氣動力學、振動學）

熱能動力機械、流體機械（發動及內燃機）（熱力學、流體力學、理論與材料力學、振動學，動力學、運動學）

（2）以電學，電磁學為基礎的工科專業

強電部分

電力系統自動化（電學、電磁學）

弱電部分

電氣工程及自動化、自動化、控制；

計算機科學與技術、電子科學與技術、微電子、電子信息工程、通信工程、測控技術及儀器、生物醫學工程

（3）以力學、電學為基礎的工科專業

機械電子工程、過程裝備及控制工程、機電一體化、精密儀器

（4）以光學、電學為基礎的專業

光學工程（光學）

光電信息科學與工程（光學、電學）

（5）和傳熱學、熱力學相關的工科專業

化學工程、生物工程，製藥工程、熱能工程、發動機、低溫工程、新能源、食品工程、材料科學與工程等。

和中學相比，雖然大學專業課程學習，每門課基本都是全新的內容，中學所學的知識僅僅是一個基礎。如物理課，中學主要學習物理的運動、力（牛頓定理）、電磁等最基本的知識。換句話，只要這些知識能掌握，到大學都不存在知識銜接的問題。但為何浙江新高考改革，大學很多專業都要求選考物理？再進一步，一些一流大學的自主招生、三位一體招生為何比較看重學生的數學和物理能力？

我們來看數學和物理的關係，什麼是數學？

數學（Math）：研究數量、結構、變化以及空間模型等概念。透過抽象化和邏輯推理的使用，由計數、計算、量度和對物體形狀及運動的觀察中產生。數學家們拓展這些概念，為了公式化新的猜想以及從合適選定的公理及定義中建立起嚴謹推導出的（方程和求解方法）真理。

物理學的一個永恆主題是尋找各種序（Orders），比如物體與物體之間存在萬有引力，力的作用於反作用的關係，電磁轉換關係等，為表徵這種關係，就需要用抽象的數學語言（符號）和公式，如我們看到的萬有引力等公式，方程。有意思的是，自然界各種物質（物理狀態）間的關係都可以用微分方程的關係來表示，如著名的歐拉方程。物理問題最後都轉換為數學問題，建立和求解數學方程。

一些物理過程的控制微分方程

物理過程, 狀態變數(或未知量), 控制微分方程

熱傳導 溫度 傅里葉方程Fourier

潤滑 應力 雷諾方程Reynolds

流體 流動速度 托克斯方程(Wavier-Stocks)

多孔 介質壓力 達西方程Darcy

聲學 壓力分布 亥姆霍茲方程(Helmholtz)

靜磁學 磁勢 麥克斯韋方程Maxwell

靜電學 電熱 庫倫方程Coulomb

溫度 密度 菲克方程Fick

鎖定專業：簡單的性格測試，了解適合自己的專業

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