氦原子基态能级的探讨

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1、学号：14071602252毕业论文题目：氦原子基态能级的探讨作者乔馨慧届别2011学院物理与电子学院专业物理学指导老师苏卡林职称教授完成时间2011年5月IV摘要本文主要研究氦原子的基态能级，通过应用双参数变分法，选择适当的试探波函数，求出氦原子基态能级的能量，将其计算值与实验值进行比较并分析了误差，然后比较了用微扰法和变分法求出的氦原子基态能量，通过比较，发现双参数变分法的优势是显而易见的。关键词：变分法；氦原子；基态能量IVAbstractInthispaper,wemainlystudytheground-stateenergyoftheheliuma

2、tom.Byusingthedoubleparametersvariationalmethod,andselectinganappropriatetestwavefunction,wecalculatetheheliumatomground-stateenergyandcompareitwiththeexperimentalvalues.Thenwecomparetheperturbationmethodresultwiththedoubleparametersvariationalmethodresult,andwefindthatthesuperiorit

3、yofthedoubleparametersvariationalmethodisobvious.Keyword:Thevariationalmethod；Heliumatoms；Ground-stateenergyIV目录摘要IAbstractII目录III第一章绪论11.1引言11.2选题的依据和意义11.2.1选题的依据11.2.2选题的意义11.3本文的主要研究内容2第二章变分法介绍32.1变分法原理32.2变分法求体系基态能量的步骤52.2.1选取一个参量的尝试波函数52.2.2选取两个参量的尝试波函数5第三章氦原子基态能量的变分计算63.1尝试波函

4、数的选择63.2氦原子能量平均值的计算7第四章结果比较174.1氦原子基态能量的计算值与实验值比较174.2一参变分法与二参变分法比较174.3变分法与微扰法比较18参考文献19致谢20IVIV第一章绪论1.1引言对氦原子基态能级的探讨一般选用微扰法及变分法，本文重点讨论变分法对氦原子基态能级的求解。变分法是解决氦原子和类氦离子基态问题的强有力工具，到目前为止，国内外为追求高精度所选取的变分参数个数已由数百增至数千，在忽略核质量的情况下，它们的非相对论基态波函数和能量的不确定度分别达到10～10和10，这对于计算高精度的相对论修正和辐射修正具有非常重要的意义。

5、在量子力学教科书中，一般介绍的近似求解法是微扰法和变分法，而变分法中选择的尝试波函数一般是一个参数型的，例如周世勋编《量子力学》、曾谨言著《量子力学教程》等介绍的便是用一个参数型的尝试波函数变分法求氦原子体系基态能级。l.2选题的依据和意义1.2.1选题的依据在量子力学中，对于具体物理问题的薛定谔方程，可以精确求解的问题是很少的。在经常遇见的许多问题中，由于体系的哈密顿算符比较复杂，往往不能求得精确的解，而只能求近似解。微扰法和变分法都是用来求问题的近似解的方法。用微扰法求氢原子和类氢离子是比较适合的，但是遇到比氢原子稍微复杂一点的氦原子时，微扰法就不及变分法

6、容易和求解精确。用一参变分法即选用含一个参数的尝试波函数，这种波函数形式简单，其物理意义清晰，物理模型简单，适用于教育教学，但精确度比较低。选用含二参数的尝试波函数，这样的模型相对于更多参数的波函数要简单，又比一参变分法求解精确度高很多，这样既有利于理解怎样用变分法求基态能级，可适用于教学,又能求得比一参法更为精确的数值，因而具有重要的物理意义。1.2.2选题的意义3氦原子是比类氢离子这种单粒子体系复杂但是相对于其他粒子要简单的粒子，研究氦原子这种简单的多粒子体系，对于研究更复杂的多粒子体系具有重要的意义。变分法是解决氦原子和类氦原子的强有力工具，只要选择合适

7、的试探波函数，对于提高求解能级近似值有很大的帮助。l.3本文的主要研究内容本文主要研究氦原子的基态能级，通过应用双参数变分法，选择适当的试探波函数，求出氦原子基态能级的能量，并将计算值与试验值进行比较，再与用微扰法求出的氦原子基态能量结果进行对比，通过对比体现出用变分法求氦原子基态能级的优越性。33毕业论文第二章变分法介绍2.1变分法原理已知量子力学中用微扰法求解问题的条件是体系的哈密顿算符可以分为和两部分：=+，其中的本征值与本征函数是已知的，而很小。如果这些条件不能满足，微扰法就不能应用。因而在遇到不是很小的情况下，就需要寻找另外的求解方法，量子力学中求解

8、问题的又一种简单方便的方法——变分法的