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同济大学物理系创建于20世纪40年代，发展始于数理系。
当时旨在培植学生攻读数学与物理之间的理论。同年，因抗战局势的变化数理系随学校由昆明迁至四川宜宾的李庄，这一时期条件十分艰难，教师和学生人数极为有限。1945年数理系扩大为数学、物理两系。
1946年，同济大学由李庄迁回上海。1946年8月，理学院扩充为文理学院，物理系归属文理学院。此后，物理系积极开展教学与科研活动，当时的招生要求极其严格，教学上一律用德语授课。采取授课与实验相结合的方法，学术交流活动趋于活跃。1948年，文学院和理学院分开。物理系归属理学院。当时，教学设备较为齐备，招生规模有所扩大，物理系办学条件得到较大改善，师资得到充实。著名物理学家王福山任系主任，有郑益山，朱公瑾，郑祁山，郑昌时，祁作军，姜云寿，江之永，张庆福，刘朝阳等任教师。在王福山、江之永等老一辈教授的带领下，物理系注意吸收和消化德国办学的有益经验，强调理论与实际的结合，形成了格物穷理、求实创新的良好系风。学生首先要进返沪后的理学院入新生院学习德语，再考入大学部，从新生院到进入大学的考试也是非常严格的。教学方面采用德语授课，老师的知识面很广，上课风趣幽默。
1952年，由于院系调整，物理专业停办，理学院解散，行政划归复旦，物理系骨干教师调离同济大学。王福山教授调到复旦担任复旦物理系主任，其他教授调到南大，华师大等。物理系部分教师仅仅教授基础课程。同期成立物理教研室，在一定程度上保留了再发展的空间。1958年，国家教委在全国高校进行学科调整，同济大学为适应面向理工类大学发展的形势，成立了数理力学系，物理专业恢复招生，重新开始了科研工作，1959年，成立了专业物理教研组，基础物理教研组，物理实验室。期间先后有62至65四届毕业生，尽管当时招收的学生相当有限，但质量很高，培养了李同保院士，张耀明院士等一批出类拔萃的人才。
文革期间，整个教学工作陷于停顿状态，直至1976年“文化大革命”结束，数理力学系的教学工作才恢复正常。
1978年，在李国豪校长的两个转变思想指导下，学校重视理科的发展。1979年，同济大学作为国家对德交流窗口，德国政府与同济大学签订了合作协议。在德国大众公司的资助下成立了波尔固体物理研究室。1980年，物理专业从数理力学系分开，单独设系，正式成立了物理系，由江之永教授担任系主任，邀请王福山教授任名誉主任。教学与科研以发展老同济特色为目标，重视基础教学及其学科之间的联系；在其他专业也开展基础物理教学，为高素质人才的培养打好基础。同时建成了物理馆。在注意加强对德联系的基础上，吸收其他高校的教授，建立了中级物理实验室和普通物理实验室，开展了电介质物理研究，发展了凝聚态物理。
改革开放以后，物理系传承和发扬优良传统，注重办学质量和特色，将学科建设与国家的经济和战略发展需求相结合，经过20余年的努力，教学、科研和人才队伍建设都取得了长足的发展。
物理系现拥有教职工88名，其中：教授18名、博士生导师13名、副教授21名，多数中青年教授获得“国家杰出青年基金”、“教育部新世纪优秀人才支持计划”或“上海市青年科技启明星”等国家或省部级人才计划资助，形成了一支以资深教授和博士生导师为核心，中青年教授、副教授为骨干的学历层次逐年提升、结构渐趋合理、富有创新和团队合作精神、朝气蓬勃的师资队伍。
教学上现有应用物理学、光信息科学与技术本科专业各1个；有物理学博士后科研流动站1个，物理学一级学科博士点1个（主要包括：凝聚态物理、声学、理论物理和光学等），材料物理与化学二级学科博士点1个，其中凝聚态物理、材料物理与化学先后被评为上海市教委重点学科，材料物理与化学还作为材料学一级学科的一个重要分支进入国家重点学科行列。此外，还拥有光学工程和教育技术学硕士点各1个。在教学实践中，以国家工科物理课程教学基地等为平台，不断推进教学改革，提高教学质量，在教学内容和课程体系、教学手段和方法、实验室建设等方面取得了一系列成果。目前共拥有国家级精品课程1门、上海市精品课程3门，国家“十一五”规划教材5部；同时，物理系还改造和新建了固体物理、光信息科学和技术专业实验室，设立了物理实验教学中心，自行开发和研制了一系列高水平的教学实验仪器，在国内许多高校中得到了很好的应用。2001年获得了国家级教学成果一等奖。高素质的师资队伍、坚实的学科支撑、良好的教学环境、完善的保障体系使得物理系在人才培养的质量和数量上都有了显著的提高，涌现出周箴、季向东、王康林等一大批出类拔萃的人才。
科研上以物理系波耳固体物理研究所、精密光学工程与技术研究所、纳米材料与技术研究中心、微波通信技术研究室为依托，联合学校声学研究所和功能材料研究所，在高校国家科技创新平台建设项目（985工程）及211工程的支持下，构建了“波与材料的微结构”研究平台。在科技部重大研究计划、国家自然科学基金重点项目、973计划、863计划、国防科研及国际合作项目等支持下，重点发展了人工电磁材料、纳米多孔材料与微结构物理、辐射发光与材料的微结构、电介质微结构、薄膜光学、非球面光学、凝聚态理论与统计物理等研究方向，取得了可喜的成绩。近年来先后获国家自然科学奖1项，省部级科研奖项15项；出版学术专著5部，在国内外著名学术期刊上发表论文几百篇，其中有4篇发表在国际有较大影响的Physical Review Letters杂志上；主办国际学术会议2次、全国性学术会议3次；与国内外许多著名高校和研究机构建立了密切的联系。
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