剖析§251一维无限深方势阱.ppt

本节将以一维定态为例，求解已知势场的定态薛定谔方程。了解怎样确定定态的能量E，从而看出能量量子化是薛定谔方程的自然结果。 已知粒子所处的势场为： 2.5一维方势阱 §2.5.1一维无限深方势阱 粒子在势阱内势能为零。在阱外势能为无穷大，在阱壁上受极大的斥力, 称为一维无限深方势阱。 x x = -a x = a U0(x) 0 其定态薛定谔方程为： 2.5一维方势阱 令： 当 时，根据波函数的连续性和有限性条件得： 2.5一维方势阱 则薛定谔方程可简写为： 它的解是： 利用边界条件 及 ，得 2.5一维方势阱 解是： 带入（2.5.1）得体系的能级： x O a E 2.5一维方势阱 显然，一维无限深方势阱的能谱是分立谱，这个分离的能谱就是量子化了的能级。 2.5一维方势阱 由图可以看出，在不同能级上粒子出现的概率密度是不同的。在基态，粒子出现的概率在阱区中部为最大，而越靠近阱壁概率越小，阱壁上概率为零。在激发态，粒子在阱内出现的概率是起伏变化的，随着量子数 的增大，起伏变化越来频繁。 而在经典物理中，粒子在阱内各处出现的概率是相等的。 由图可以推断，只有当量子数 很大时，粒子在阱内各处的概率才趋于均匀。 粒子的最低能量状态称为基态，就是 的状态，基态能量为 此本征值能量称为零点能，是束缚在无限深方势阱内粒子所具有的最低能量。 2.5一维方势阱 归一化以后的波函数为： 2.5一维方势阱 我们把粒子只能束缚在空间的有限区域，在无穷远处波函数为零的状态称为 束缚态 2.5一维方势阱 §2.5.2一维有限深方势阱 求解势场 为 的薛定谔方程。 讨论 的情况：在 区，相应的薛定谔方程是： 0 0 -a/2 a/2 x 2.5一维方势阱 在 时， 有界的解是： 在 区，薛定谔方程是： 2.5一维方势阱 其解为 一、在 区，取 ，解取有偶宇称的情况 利用 处波函数对数微商的连续条件都可得 引入 2.5一维方势阱 可将（2.5.3）是改写为 另外，又（2.5.1）和（2.5.2）有可得 联立（2.5.5）--（2.5.6）式，解出 ，再由（2.5.4）可给出能谱。 2.5一维方势阱 二、在 区，取 ，解取有奇宇称的情况 同样，利用波函数对数微商在 连续条件得： 同样，联立（2.5.6）--（2.5.7）式，解出 ，再由（2.5.4）可给出能谱。 （2.5.5）--（2.5.7）都是超越方程，可用图解法求出能谱。 2.5一维方势阱 在 平面中分别就（2.5.5）与（2.5.6）式作相应的曲线，曲线的交点表示具有偶宇称是相应的能谱。如右图。 由以上图可见，对于偶宇称态，由于曲线 经过原点，因此无论 多么小，两条曲线总有交点，这意味着至少有一个束缚态，且相应的宇称为偶。 2.5一维方势阱 同样，作（2.5.6）和（2.5.7）式相应曲线，他们的交点表示波函数其宇称时相应的能谱。所得结果见右图。 由以上图可见，对于奇宇称态，当且仅当 时，即当 时，曲线才有交点，才出现奇宇称态解。 2.5一维方势阱 显然，一维无限深势阱的结果可作为一维方势阱的特例得出。 当 时，可得 这正是阱宽为 的一维无限深势阱的能谱公式。