量子力学周世勋作业解答四

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1、第四章习题解答4.1.求在动量表象中角动量的矩阵元和的矩阵元。解:#4.2求能量表象中,一维无限深势阱的坐标与动量的矩阵元。解:基矢:能量:对角元:当时,#4.3求在动量表象中线性谐振子的能量本征函数。解:定态薛定谔方程为即两边乘以,得令跟课本P.39(2.7-4)式比较可知,线性谐振子的能量本征值和本征函数为式中为归一化因子,即#4.4.求线性谐振子哈密顿量在动量表象中的矩阵元。解:#4.5设已知在的共同表象中,算符的矩阵分别为求它们的本征值和归一化的本征函数。最后将矩阵对角化。解:的久期方程为∴的

2、本征值为的本征方程其中设为的本征函数共同表象中的矩阵当时,有∴由归一化条件取对应于的本征值0。当时,有∴由归一化条件取∴归一化的对应于的本征值当时,有∴由归一化条件取∴归一化的对应于的本征值由以上结果可知,从的共同表象变到表象的变换矩阵为∴对角化的矩阵为按照与上同样的方法可得的本征值为的归一化的本征函数为从的共同表象变到表象的变换矩阵为利用S可使对角化#4.6.求连续性方程的矩阵表示解:连续性方程为∴而∴写成矩阵形式为#《量子力学》考试大纲一.绪论(3)1.了解光的波粒二象性的主要实验事实;2.掌握德

3、布罗意关于微观粒子的波粒二象性的假设。二.波函数和薛定谔方程(12)(1)理解量子力学与经典力学在关于描写微观粒子运动状态及其运动规律时的不同观念。(2)掌握波函数的标准化条件:有限性、连续性、单值性.(3)理解态叠加原理以及任何波函数Ψ(x,t)按不同动量的平面波展开的方法及其物理意义.(4)了解薛定谔方程的建立过程以及它在量子力学中的地位;薛定谔方程和定态薛定谔方程的关系;波函数和定态波函数的关系.矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。(5)对于求解一维薛定谔方程,应掌握边界条件的确定和处理方法.(6)关于一维定

4、态问题要求如下:a.掌握一维无限阱的求解方法及其物理讨论;b.掌握一维谐振子的能谱及其定态波函数的一般特点:c.了解势垒贯穿的讨论方法及其对隧道效应的解释.三.力学量用算符表达(17)(1)掌握算符的本征值和本征方程的基本概念;厄米算符的本征值必为实数;坐标算符和动量算符以及量子力学中一切可观察的力学量所对应的算符均为厄米算符.聞創沟燴鐺險爱氇谴净。(2)掌握有关动量算符和角动量算符的本征值和本征函数,它们的归一性和正交性的表达形式,以及与这些算符有关的算符运算的对易关系式.残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。(3

5、)电子在正点电荷库仑场中的运动提供了三维中心力场下薛定谔方程求解的范例,学生应由此了解一般三维中心力场下求解薛定谔方程的基本步骤和方法,特别是分离变量法.酽锕极額閉镇桧猪訣锥。(4)掌握力学量平均值的计算方法.将体系的状态波函数Ψ(x)按算符的本征函数展开是这些方法中常用的方法之一,学生应掌握这一方法计算力学量的可能值、概率和平均值.理解在什么状态下力学量具有确定值以及在什么条件下,两个力学量同时具有确定值.彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。(5)掌握不确定关系并应用这一关系来估算一些体系的基态能量.(6)掌握如

6、何根据体系的哈密顿算符来判断该体系中可能存在的守恒量如:能量、动量、角动量、宇称等.四.态和力学量的表象(10)(1)理解力学量所对应的算符在具体的表象下可以用矩阵来表示;厄米算符与厄米矩阵相对应;力学量算符在自身表象下为一对角矩阵;謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。(2)掌握量子力学公式的矩阵形式及求解本征值、本征矢的矩阵方法.(3)理解狄拉克符号及占有数表象五.微扰理论(16)(1)了解定态微扰论的适用范围和条件:(2)对于非简并的定态微扰论要求掌握波函数一级修正和能级一级、二级修正的计算.(3)对于简并的微

7、扰论,应能掌握零级波函数的确定和一级能量修正的计算.(4)掌握变分法的基本应用;(5)关于与时间有关的微扰论要求如下:a.了解由初态跃迁到末态的概率表达式,特别是常微扰和周期性微扰下的表达式;b.理解由微扰矩阵元Hfi≠0可以确定选择定则;c.理解能量与时间之间的不确定关系:ΔEΔt∽d.理解光的发射与吸收的爱因斯坦系数以及原子内电子由态跃迁到态的辐射强度均与矩阵元的模平方∣∣2成正比,由此可以确定偶极跃迁中角量子数和磁量子数的选择定则.厦礴恳蹒骈時盡继價骚。(5)了解氢原子一级斯塔克效应及其解释.*

8、六、散射问题(8)七.自旋和全同粒子(15)(1)了解斯特恩—格拉赫实验.电子自旋回转磁比率与轨道回转磁比率.(2)掌握自旋算符的对易关系和自旋算符的矩阵形式(泡利矩阵).与自旋相联系的测量值、概率、平均值等的计算以及本征值方程和本征函数的求解方法.茕桢广鳓鯡选块网羈泪。(3)了解简单塞曼效应的物理机制.(4)了解L-S藕合的概念及碱金属原子光谱双线结构和物理解释.(5)根据量子力学的全同性原理、多体全同粒子波函数有对称和反对称之分.掌握玻色子体系多体波

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