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第2章 一维势场中的粒子 §2.1一维定态的一般性质 §2.2一维无限深势阱和一维有限深势阱 2.一维有限深势阱 §2-3 线性谐振子 讨论: §2.4 阶梯势反射和势垒贯穿 §2.5 一维δ势 令 方程可改写为 (2.10) 求解: 先看 时, 的渐近行为。此时方程为 ,渐近解为 因为波函数的标准条件要求 。 有限, 故取 。 据上,可令方程的解为 代入方程(2.10),得到 满足的方程为 (2.11) 用级数解法,可求得,只有在 时,才能求得满足要求的解,为 Hermite多项式 相应的线性谐振子的能级为 对应于能量 的波函数是 (2.12) 前几个波函数的表达式: ……………………………………… (1)线性谐振子的能级是分立的,两相邻 能级的间隔均为: 振子的基态(n=0)能量为 称之为零点能。 , 2)与经典力学中的线性谐振子的比较: n=10 习题2.8 求基态线性谐振子在经典界限外被发 现的概率 习题2.9 求一维谐振子处在第一激发态时概率 最大的位置。 习题2.10 试证明 谐振子的波函数,并求此波函数对应的能量。 是线性 习题2.11 带电q的线性谐振子在均匀电场E中 运动,其势能为 ,求谐振子的 能级和波函数。 习题2.12 一粒子在一维势阱 中运动, 利用谐振子的已知结果求出粒子的能 级和波函数。 1.阶梯势反射 粒子以能量E对阶梯势入射, 求透射系数与反射系数。 讨论如下三种情况: (1)-V0E0;由左向右入射 (2)E0;由左向右入射 (3)E0,由右向左入射。 解: (1)-V0E0 写出分区Schr?dinger方程为: 令: 可将上述方程简化为: 一般解可写为: 由波函数连接条件,有: 解得: 据此,可分别计算出入射波、反射波和 透射波的概率流密度及反射系数和透射系数 满足 R+D=1 可见,总能量小于势垒高度的粒子必全 部被反射,但在x0的区域找到电子的概率 不为零。类似于光的“全内反射”。 (2) E0 写出分区Schr?dinger方程为: 令: 可将上述方程简化为: 一般解可写为: 考虑到没有从右向左的入射波,B’=0 由波函数连接条件,有: 解得: 据此,可分别计算出入射波、反射波和 透射波的概率流密度及反射系数和透射系数 满足 R+D=1 可见,尽管E0,但仍有粒子被反射。 (3)E0,粒子从右向左入射 仿(2)方法求解,结果相同。 * * 与空间有关的一维定态Schr?dinger方程为: (2.1) 在量子力学中,如不作特别说明,都假定势能V取实数,即 V=V*。 若对应于某个能量E,方程(2.1)只有一个解,则称能级E不简并。 若对应于某个能量E,方程(2.1)不只一个解,则称能级E是简并的。 定理2.1:设 是方程(2.1)的一个解, 的一个解,对应的能量本征值也是E。且总可以 找到方程(2.1)的一组实解,凡是属于E的任何 解,均可表成这组实解的线性叠加。 对应的能量本征值为E,则 也是方程(2.1) 证明:方程(2.1)两边取复共轭,注意到 V(x)=V*(x),E*=E,有 可见 也满足方程(2.1),对应的能量 本征值也是E。 若能级E不简并,则 和 描述的是同 一个量子态,故 。取复共轭,有 取c=1,有 是实函数。 是实解,则将它归入 (2.1)的一个解。而根据线性微分方程解的叠加 若能级E简并,如果 实解的集合中。如果它是复解,则 也是方程 性定理,如下两个组合(组合后为实函数): 是(2.1)同属于能量E,并彼此独立的解。 定理2.2:设V(x)具有空间反射不变性,V(-x)=V(x)。如果 为方程(2.1)的一个解,对应的能量本征值为E,则 也是方程 (2.1)的一个解,对应的能量本征值也是E。且总可以找到方程(2.1)的一组解,其中每一个都具有确定的宇称,而属于能量本征值E的任何解,都可表成这组解的线性叠加。 证明: 在方程(2.1)中作代换x→-x,注意到 有 可见 亦是方程的解。 若能级E无简并,则 描述的是同一个状态,他们之间只能相差一个 常数c, 所以有 偶宇称 奇宇称 若能级E有简并,可令 均为方程(2.1)的解,对应的能量 本征值都为E,且有确定的宇称。 此外,由定理2.1可知,总可将方程的解取为 实函数。 习题2.1 在三维情况下证明定理2.1和定理2.2。 定理2.3:对于阶梯形方势 有限时, 连续; 时,定理不成立。 证明:由方程(2.1)有 (2.2) 在x=a的邻域对方程(2.2)积分 ,有 即V
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