理論物理學通過為現(xiàn)實世界建立數(shù)學模型來試圖理解所有物理現(xiàn)象的運行機制。通過“物理理論”來條理化、解釋、預言物理現(xiàn)象。 豐富的想像力、精湛的數(shù)學造詣、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，這些都是成為理論物理學家需要培養(yǎng)的優(yōu)良素質(zhì)。例如，在十九世紀中期，物理大師詹姆斯·麥克斯韋覺得電磁學的理論雜亂無章、急需整合。尤其是其中許多理論都涉及超距作用（action at a distance）的概念。麥克斯韋對于這概念極為反對，他主張用場論來解釋。例如，磁鐵會在四周產(chǎn)生磁場，而磁場會施加磁場力于鐵粉，使得這些鐵粉依著磁場力的方向排列，形成一條條的磁場線；磁鐵并不是直接施加力量于鐵粉，而是經(jīng)過磁場施加力量于鐵粉；麥克斯韋嘗試朝著這方向開辟一條思路。他想出的“分子渦流模型”，借用流體力學的一些數(shù)學框架，能夠解釋所有那時已知的電磁現(xiàn)象。更進一步，這模型還展示出一個嶄新的概念——電位移。由于這概念，他推理電磁場能夠以波動形式傳播于空間，他又計算出其波速恰巧等于光速。麥克斯韋斷定光波就是一種電磁波。從此，電學、磁學、光學被整合為一統(tǒng)的電磁學。

聲學是物理學分支學科之一，是研究媒質(zhì)中機械波的產(chǎn)生、傳播、接收和效應的科學。媒質(zhì)包括物質(zhì)各態(tài)（固體、液體和氣體等），可以是彈性媒質(zhì)也可以是非彈性媒質(zhì)。機械波是指質(zhì)點運動變化（包括位移、速度、加速度中某一種或幾種的變化）的傳播現(xiàn)象。聲波是機械波的一種。

熱學又稱熱物理學，是研究熱現(xiàn)象（即與溫度有關的物理現(xiàn)象）的科學。 熱學一般分為熱力學和統(tǒng)計力學兩部分，前者是建立在實驗基礎上的宏觀理論，后者是建立在量子力學和數(shù)理統(tǒng)計學上的微觀理論。

光學（英語：Optics），是物理學的分支，主要是研究光的現(xiàn)象、性質(zhì)與應用，包括光與物質(zhì)之間的相互作用、光學儀器的制作。光學通常研究紅外線、紫外線及可見光的物理行為。因為光是電磁波，其它形式的電磁輻射，例如X射線、微波、電磁輻射及無線電波等等也具有類似光的特性。英文術語“optics”源自古希臘字“?πτικ?”，意為名詞“看見”、“視見”。 大多數(shù)常見的光學現(xiàn)象都可以用經(jīng)典電動力學理論來說明。但是，通常這全套理論很難實際應用，必需先假定簡單模型。幾何光學的模型最為容易使用。它試圖將光當作射線（光線），能夠直線移動，并且在遇到不同介質(zhì)時會改變方向；它能夠解釋像直線傳播、反射、折射等等很多光線現(xiàn)象。物理光學的模型比較精密，它把光當作是傳播于介質(zhì)的波動（光波）。除了反射、折射以外，它還能夠以波性質(zhì)來解釋向前傳播、干涉、偏振等等光學現(xiàn)象。幾何光學不能解釋這些比較復雜的光學現(xiàn)象。在歷史上，光的射線模形首先被發(fā)展完善，然后才是光的波動模形。 很多現(xiàn)象涉及到光的波粒二象性。只有量子力學能夠解釋這些現(xiàn)象。在量子力學里，光被視為由一群稱為光子的粒子組成。量子光學專門研究怎樣用量子力學來解釋光學現(xiàn)象。 進一步將光學細分類。光的純科學領域，通常被稱為光學或“光學物理”。應用光學通常被稱為光學工程。光學工程中涉及到照明系統(tǒng)的部分，被特別稱為“照明工程”。每一個分支在應用、技術、焦點以及專業(yè)關聯(lián)上，都有很大不同。在光學工程中，比較新的發(fā)現(xiàn)，通常被歸類為光子學（photonics）。 因為光學在實際中被廣泛應用，光學物理和工程光學，在領域上，有很大程度的互相交叉。光學也與電子工程、物理學、天文學、醫(yī)學（尤其是眼科學與視光學）等許多學科密切相關。很多關鍵科技都能找到光學的研究果實，包括鏡子、透鏡、望遠鏡、顯微鏡、激光、光纖、發(fā)光二極管、光伏等等。

電磁學是研究電和磁的相互作用現(xiàn)象，及其規(guī)律和應用的物理學分支學科。根據(jù)近代物理學的觀點，磁的現(xiàn)象是由運動電荷所產(chǎn)生的，因而在電學的范圍內(nèi)必然不同程度地包含磁學的內(nèi)容。所以，電磁學和電學的內(nèi)容很難截然劃分，而“電學”有時也就作為“電磁學”的簡稱 電磁學從原來互相獨立的兩門科學（電學、磁學）發(fā)展成為物理學中一個完整的分支學科，主要是基于兩個重要的實驗發(fā)現(xiàn)，即電流的磁效應和變化的磁場的電效應。這兩個實驗現(xiàn)象，加上麥克斯韋關于變化電場產(chǎn)生磁場的假設，奠定了電磁學的整個理論體系，發(fā)展了對現(xiàn)代文明起重大影響的電工和電子技術。

物理電子學是電子學、近代物理學、光電子學、量子電子學、超導電子學及相關技術的交叉學科，主要在電子工程和信息科學技術領域內(nèi)進行基礎和應用研究。近年來本學科發(fā)展特別迅速，不斷涵蓋新的學科領域，促進了電磁場與微波技術、微電子學與固體電子學、電路與系統(tǒng)等二級學科以及信息與通信系統(tǒng)、光學工程等相關一級學科的拓展，形成了若干新的科學技術增長點，如光波與光子技術、信息顯示技術與器件、高速光纖通信與光纖網(wǎng)等，成為下一世紀信息科學與技術的重要基石之一。

凝聚體物理學是有關物質(zhì)凝聚相性質(zhì)的物理學分支。該領域的研究者力圖通過物理學定律來解釋凝聚相物質(zhì)的行為。其中，量子力學、電磁學以及統(tǒng)計力學的相關定律對于該領域尤為重要。 固體以及液體是人們最為熟悉的凝聚相。除了這兩種相之外，凝聚相還包括一些特定的物質(zhì)在低溫條件下的超導相、晶體與自旋有關的鐵磁相及反鐵磁相、超低溫原子系統(tǒng)的玻色-愛因斯坦凝聚相等等。對于凝聚體的研究包括通過實驗手段測定物質(zhì)的各種性質(zhì)，以及利用理論方法發(fā)展數(shù)學模型以深入理解這些物質(zhì)的物理行為。 由于尚有大量的系統(tǒng)及現(xiàn)象亟待研究，凝聚體物理學成為了目前物理學最為活躍的領域之一。

等離子體物理學是研究等離子體性質(zhì)的物理學分支。等離子體是物質(zhì)的第四態(tài)，是由電子、離子等帶電粒子及中性粒子組成的混合氣體，宏觀上表現(xiàn)出準中性，即正負離子的數(shù)目基本相等，整體上呈現(xiàn)電中性，但在小尺度上具有明顯的電磁性質(zhì)。等離子體還具有明顯的集體效應，帶電粒子之間的相互作用是長程庫侖作用，單個帶電粒子的運動狀態(tài)受到其它許多帶電粒子的影響，又可以產(chǎn)生電磁場，影響其它粒子的運動。等離子體物理學目的是研究發(fā)生在等離子體中的一些基本過程，包括等離子體的運動、等離子體中的波動現(xiàn)象、等離子體的平衡和穩(wěn)定性、碰撞與輸運過程等等。等離子體物理學具有廣闊的應用前景，包括受控核聚變、空間等離子體、等離子體天體物理、低溫等離子體等等。

分子物理學是研究分子的物理性質(zhì)以及將原子結合為分子的化學鍵性質(zhì)的學科，與化學學科緊密相連，同時和原子物理學密切相關。 分子物理學中最重要的實驗手段是光譜分析。分子譜和原子譜的最大區(qū)別是，除了組成原子的原子能級之外，還有分子本身的轉(zhuǎn)動和振動能級。 除了從原子得知的電子激發(fā)態(tài)以外，分子可以旋轉(zhuǎn)與震動。由于這些旋轉(zhuǎn)與震動具有量子性質(zhì)，伴隨的能級也是離散的。純旋轉(zhuǎn)運動光譜是在紅外線譜域（波長大約為30-150微米）；震動光譜是在近紅外線（near infra-red）譜域（大約為1-5微米）；電子躍遷光譜是在可見光和紫外線譜域。從測量旋轉(zhuǎn)運動和震動光譜，可以獲得分子的物理性質(zhì)，例如，原子核與原子核之間的距離。 原子物理學的原子軌域理論，在分子物理學里，擴展為分子軌域理論。

原子核物理學（簡稱核物理學，核物理或核子物理）是研究原子核成分和相互作用的物理學領域。它主要有三大領域：研究各類次原子粒子與它們之間的關系、分類與分析原子核的結構并帶動相應的核子技術進展。原子核物理學最常見的和有名的應用是核能發(fā)電的和核武器的技術，但研究還提供了在許多領域的應用，包括核醫(yī)學和核磁共振成像，材料工程的離子注入，以及地質(zhì)學和考古學中的放射性碳定年法。

高能物理學又稱粒子物理學或基本粒子物理學，它是物理學的一個分支學科，研究比原子核更深層次的微觀世界中物質(zhì)的結構性質(zhì)，和在很高的能量下，這些物質(zhì)相互轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象，以及產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因和規(guī)律。它是一門基礎學科，是當代物理學發(fā)展的前沿之一。粒子物理學是以實驗為基礎，而又基于實驗和理論密切結合發(fā)展的。

計算物理學（英語：Computational physics）是研究如何使用數(shù)值方法分析可以量化的物理學問題的學科。 歷史上，計算物理學是計算機的第一項應用；目前計算物理學被視為計算科學的分支。 計算物理有時也被視為理論物理的分支學科或子問題，但也有人認為計算物理與理論物理與實驗物理聯(lián)系緊密，又相對獨立，是物理學第三大分支。

本專業(yè)主要培養(yǎng)掌握物理學基本理論與方法，具有良好的數(shù)學基礎和基本實驗技能，掌握電子技術、計算機技術、光纖通信技術、生物醫(yī)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(fā)、計算機技術及應用、光電子技術、醫(yī)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(fā)與應用、管理等工作的高級專門人才。

核技術及應用是一門綜合性學科。研究帶電粒子加速、輻射產(chǎn)生機理、射線與物質(zhì)的相互作用、輻射探測方法和輻射信息處理。廣泛應用于科學研究和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等各個領域。核技術由于能在微觀層次改變物質(zhì)性質(zhì)或獲取物質(zhì)內(nèi)部的微觀信息，已成為許多領域研究微觀層次的重要手段。

天體物理學是研究宇宙的物理學，這包括星體的物理性質(zhì)（光度，密度，溫度，化學成分等等）和星體與星體彼此之間的相互作用。應用物理理論與方法，天體物理學探討恒星結構、恒星演化、太陽系的起源和許多跟宇宙學相關的問題。由于天體物理學是一門很廣泛的學問，天文物理學家通常應用很多不同的學術領域，包括力學、電磁學、統(tǒng)計力學、量子力學、相對論、粒子物理學等等。由于近代跨學科的發(fā)展，與化學、生物、歷史、計算機、工程、古生物學、考古學、氣象學等學科的混合，天體物理學目前大小分支大約三百到五百門主要專業(yè)分支，成為物理學當中最前沿的龐大領導學科，是引領近代科學及科技重大發(fā)展的前導科學，同時也是歷史最悠久的古老傳統(tǒng)科學。 天體物理實驗數(shù)據(jù)大多數(shù)是依賴觀測電磁輻射獲得。比較冷的星體，像星際物質(zhì)或星際云會發(fā)射無線電波。大爆炸后，經(jīng)過紅移，遺留下來的微波，稱為宇宙微波背景輻射。研究這些微波需要非常大的無線電望遠鏡。

電磁學是經(jīng)典物理學的一部分。本課程闡述電磁相互作用的基本實驗定律，并以此為基礎逐步揭示電磁場這一特殊形式客觀存在的特征、性質(zhì)、內(nèi)在聯(lián)系和運動變化規(guī)律。由于電磁現(xiàn)象普遍存在，又有廣泛的技術應用，電磁學已經(jīng)成為物理學、其它自然科學以及技術科學的重要基礎。電磁學的主要內(nèi)容是：電荷相互作用的實驗定律，靜電場的性質(zhì)，靜電場中的導體和電介質(zhì)，直流電路的基本規(guī)律及其應用，電流相互作用的實驗規(guī)律，恒定磁場的性質(zhì)，帶電粒子在磁場中的運動，不同參考系之間電磁場的變換，電磁感應和暫態(tài)過程，磁介質(zhì)，交流電路的基本規(guī)律及其應用，麥克斯韋電磁場理論和電磁波，電磁學單位制。

本課程主要介紹矢量力學（含牛頓力學、狹義相對論）的基本知識。內(nèi)容包括：
運動學（含平面極坐標系運動分解）；牛頓定律（質(zhì)點、質(zhì)點組動力學，牛頓定律，慣性力、二體約化質(zhì)量）；沖量，動量；功，能和力矩，角動量諸定理（含天體運動）；質(zhì)心與質(zhì)心系；剛體定軸轉(zhuǎn)動和平面平行運動（不含定點轉(zhuǎn)動）；流體靜力學、理想流體伯努利方程和粘滯流體性質(zhì)；振動和波（簡諧振動、阻尼振動和受迫振動以及波的運動力學和動力內(nèi)容，不包括多自由度系統(tǒng)）；以及狹義相對論（以時空變換，運動學為主，質(zhì)點動力學簡單引入）的基本概念。同時，作為物理專業(yè)本科生入學后的第一門物理課程，將幫助學生們完成從中學學習方式到大學學習方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)正確的學習方法。

熱學是一門使物理專業(yè)學生學會系統(tǒng)地研究和處理由大量微觀粒子組成的體系（氣、液、固態(tài)）的熱物理性質(zhì)的課程。本課程通過對一些基本物理現(xiàn)象的介紹和分析，說明遵循統(tǒng)計規(guī)律是大量粒子組成的系統(tǒng)的基本特征。課程系統(tǒng)全面地介紹有關基本概念和應用統(tǒng)計方法處理多粒子系統(tǒng)的微觀方法，課程還介紹了通過實驗觀察總結歸納熱力學基本定律和基本概念的宏觀方法。熱學課程的主要內(nèi)容包括：平衡態(tài)和狀態(tài)方程，熱力學第零定律和溫度，熱力學第一定律，熱力學第二定律及它與現(xiàn)代科學發(fā)展（如宇宙論）的關系，氣體中的輸運過程及主要規(guī)律，理想氣體的微觀模型，麥克斯韋的速度和速率分布律，微粒按高度的分布和玻耳茲曼分布，能量按自由度均分定理，熱力學第二定律的統(tǒng)計解釋和熵，氣體輸運性質(zhì)的微觀解釋，汽液相變，一類和二類相變，分子力與非理想氣體等。

原子物理學是物理系學生開始進入系統(tǒng)地研究微觀世界領域的入門課程。通過本課程的教學將對微觀世界表現(xiàn)出的一系列區(qū)別于宏觀世界的特征和規(guī)律逐步加以揭示，為進一步深入研究現(xiàn)代物理提供必要的基礎?！霸游锢韺W”的主要內(nèi)容包括：原子的組成和核式結構、波粒二象性和量子物理初步、波爾的原子模型、原子的能級和躍遷、多電子原子和原子的殼層結構、外場中的原子、Ｘ射線、分子結構和分子光譜、原子核基本性質(zhì)、核的放射衰變、核力和核模型、原子核反應、核裂變和聚變以及粒子物理初步等。實驗基礎與基本原理，雙態(tài)系統(tǒng)，從一維系統(tǒng)到凝聚態(tài)，原子分子，原子核粒子。

電動力學是物理類各專業(yè)的一門重要的基礎理論課，課程系統(tǒng)地闡述電磁運動形態(tài)的基本規(guī)律、電磁場的基本屬性及它們和帶電物質(zhì)之間的相互作用，課程還包括介紹狹義相對論。主要內(nèi)容有：電磁場的動量、能量；電磁場的運動規(guī)律由麥克斯韋方程和洛侖茲力公式描述；介紹了分離變數(shù)法、靜電鏡象法及格林函數(shù)方法在靜電、靜磁中的應用；在電磁場中引入規(guī)范變換及規(guī)范不變性的概念闡明推遲解的物理意義，討論電磁波的傳播和輻射；討論運動的帶電粒子和電磁場的相互作用；闡述狹義相對論產(chǎn)生的歷史背景及實際基礎、相對論的基本理論及洛侖茲變換，相對論的時空理論。討論了電磁場在介質(zhì)中的傳播，色散與耗散。

數(shù)學物理方法重點在數(shù)理方程，講的是數(shù)學物理定解問題，偏微分方程的解法以及其他一些高難度的數(shù)學物理問題。有的學校會讓學生學習復變函數(shù)和數(shù)理方程兩門課程，這其實相當于數(shù)學物理方法兩學期的內(nèi)容。本課程專注于不同類型偏微分方程定解問題適定性的討論和求解方法的學習，主要內(nèi)容包括偏微分方程的基本概念、三類典型方程的導出與定解問題適定性的討論、特征線積分法、分離變量法、貝塞爾函數(shù)和勒讓德函數(shù)及應用、格林函數(shù)法、積分變換法等．

本課程的目的是引導學生進入微觀尺度下的迷人量子物理世界。我們將學習非相對論量子力學的基本物理原理和基本數(shù)學工具，并將這些簡潔的基本理論應用于各種有趣的物理現(xiàn)象。我們將學習如何描述一個量子系統(tǒng)的狀態(tài)，它是如何運動演化的，我們?nèi)绾斡^察測量它。這具體包括了狄拉克左右矢，薛定諤運動方程，海森堡運動方程，力學觀察量和表象變換，測量塌縮和不確定原理。在這里，我們會學習求解一維勢，簡諧振子，氫原子，二能級系統(tǒng)；這些都是解析可解問題。我們還將學習如何應用基本理論到實際問題中。通過一些近似方法，在很好的精度下減輕物理模型計算的復雜性。這些方法包括：不含時微擾論，變分法，含時微擾論。同時我們將近似方法應用到非束縛態(tài)過程上，形成相應的散射理論。這些方法是解決實際問題的強有力工具。

《復變函數(shù) 》課程主要講述復變量函數(shù)的基本理論。內(nèi)容包括復數(shù)域和復平面，復變函數(shù)及其解析性，解析函數(shù)的積分表示，調(diào)和函數(shù)，解析函數(shù)的級數(shù)表示，留數(shù)及其應用，解析開拓，伽瑪函數(shù)，保形變換及其應用，Laplace 變換。數(shù)學學科學習的復變函數(shù)在內(nèi)容上要多于數(shù)學物理方法要求的部分。有的學校會讓物理相關學生學習復變函數(shù)和數(shù)學物理方程兩門課程，這其實相當于數(shù)學物理方法兩學期的內(nèi)容。

隨機過程所涉及的理論和方法在現(xiàn)代科技諸多領域，例如物理、化學、生物、通信、機電、自動化、地震、海洋及經(jīng)濟等學科中均有廣泛應用。本課程從工程應用的角度討論隨機過程（隨機信號）的基本理論、基本分析方法及應用。通過本課程的學習，使學生掌握隨機過程的統(tǒng)計特性描述方法，平穩(wěn)隨機過程的統(tǒng)計分析，馬爾可夫鏈的基本理論和應用方法，隨機過程通過線性系統(tǒng)的分析，典型隨機過程等。

數(shù)學物理方法分為兩部分，上篇為復變函數(shù)論，下篇為數(shù)學物理方程。有的學校會讓學生學習復變函數(shù)和數(shù)理方程兩門課程，這其實相當于數(shù)學物理方法兩學期的內(nèi)容。本課程在高等數(shù)學（一元和多元微積分、冪級數(shù)和Fourier 級數(shù)、微分方程、場論、線性代數(shù)）的基礎上，著重介紹解析函數(shù)的基本性質(zhì)及其應用，包括 r函數(shù)、積分變換和函數(shù)，為后繼相關物理理論課程作準備。