量子力学完整版本.docVIP

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一、1.何谓势垒贯穿?是举例说明。

答:微观粒子在能量E小于势垒高度时仍能贯穿势垒的现象,称为势垒贯穿。它是一种量子效应,是微观粒子波粒二象性的体现。例如金属电子冷发射、α衰变等现象都是由隧道效应产生的,利用微观粒子势垒贯穿效应的特性制造了隧道二极管。

2.波函数是应该满足什么样的自然条件?的物理含义是什么?

答:波函数是用来描述体系的状态的复函数,除了应满足平方可积的条件之外,它还应该是单值、有限和连续的。表示在时刻附近体积元中粒子出现的几率密度。

3.分别说明什么样的状态是束缚态、简并态、正宇称态和负宇称态?

答:当粒子的坐标趋向无穷远时,波函数趋向零,称之为粒子处于束缚态(它可以用波函数展开,看成平面波的叠加)。若一个本征值对应一个以上的本征态,则称该本征值是简并的,所对应的本征态即为简并态,本征态的个数就是本征值相应的简并度。将波函数中的坐标变量改变一个负号,若新波函数与原波函数一样,则称其为正宇称态;将波函数中的坐标变量改变一个负号,若新波函数与原波函数相差一个负号,则称其为负宇称态。

4.物理上可观测量应该对应什么样的算符?为什么?

答:物理上可观测量对应线性厄米算符。线性是状态叠加原理要求的,厄米算符的本征值是实数,可与观测值比较。

5.坐标分量算符与动量分量算符的对易关系是什么?并写出两者满足的测不准关系。

答:对易关系为,测不准关系为

6.厄米算符的本征值与本征矢分别具有什么性质?

答:本征值为实数,本征矢为正交、归一和完备的函数系

7.简述德布罗意假设?

答:具有能量E和动量的自由粒子与一个频率为、波长为的平面波相联系。。

8.何谓定态?它有什么特点?

答:能量具有确定值的状态称为定态。它用定态波函数描写。在定态中几率密度和几率流密度都与时间无关;在定态中力学量的平均值与时间无关。

9.简述全同性原理。

答:在全同粒子所组成的体系中,两全同粒子相互调换不改变体系的状态。

10、分别说明爱因斯坦的自发发射系数、受激辐射系数与吸收系数的物理意义。

答:称为原子体系由能级跃迁到能级的自发发射系数,它表示原子在单位时间内由能级自发跃迁到能级的几率。称为受激发射系数,称为吸收系数。它们的意义分别是:设作用于原子的光波在频率范围内的能量密度是,则在单位时间内原子由能级受激跃迁到能级、并发射出能量为的光子的几率是;在单位时间内原子由能级跃迁到能级、并吸收能量为的光子的几率是。

11.简述pauli原理。

答:在Fermi子体系中,不允许有两个或两个以上的Fermi子处于同一量子态。

12.轨道角动量分量算符与轨道角动量y分量算符的对易关系是什么?并写出两者满足的测不准关系。

答:对易关系为。测不准关系为,在的本征态下为。

13.幺正变换具有什么性质?

答:不改变矩阵对本征值、不改变矩阵的迹。

14.简述量子力学中态的叠加原理。

答:如果和是体系的可能状态,那末它们的线性叠加(是复数)也是这个体系的一个可能的状态,这就是量子力学中态的叠加原理。其含义为:当粒子处于和的线性叠加态时,粒子是既处在态,又处在态。

15.简要解释一维线性谐振子的零点能。

答:一维线性谐振子的零点能为,它是谐振子基态的能量,是一种量子效应,是测不准关系所要求的最小能量,是粒子具有波粒二象性的具体体现,谐振子永远不会静止。

二、证明题(1)证明:

证明:由对易关系及反对易关系,得

上式两边乘,得∵∴

(2)证明幺正变换不改变矩阵的本征值。

证:设在A表象中的本征值方程为,为本征值,为本征矢。将和从A表象变换到B表象,则有。在B表象中

,即。从而说明算符在B表象中的本征值仍是。

(3)证明:厄密算符的本征值是实数。

证:设的本征值方程为,为本征值,为本征函数。根据厄密算符的定义,令,于是有,由此得,即为实数。

(4)证明是厄米算符:

证:

∴是厄米算符。

三、(a)质量为的粒子,在一维无限深势阱中

中运动。(1)求粒子的能量本征值和本征函数。(2)若时,粒子处于

状态上,其中,为粒子能量的第个本征态。求时能量的可测值与相应的取值几率。(3)求时的波函数及能量可测值与相应的取值几率。

解:(1)(5分)非对称一维无限深势阱中粒子的本征解为

(2)(5分)将归一化。

由可知,归一化常数为。

于是,归一化后的波函数为

能量的取值几率为

能量取其它值的几率皆为零。

(3)(5分)因为哈密顿

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