当前位置:文档之家› 量子力学基础习题

量子力学基础习题

量子力学基础习题
量子力学基础习题

《量子力学》基础习题

1.在0K 附近,钠的价电子能量约为3电子伏,求其德布洛意波长。 2.氦原子的动能是

kT

E 23

=

(k 为玻耳兹曼常数),求K T 1=时,氦原

子的德布洛意波长。

3.设质量为m 的粒子在谐振子势

2221

)(x m x V ω=

中运动,用量子化条件

求粒子能量E 的可能取值。

4.两个光子在一定条件下可发转化为正负电子对。如果两光子的能量相等,问要实现这种转化,光子的波长最大是多少?

5.证明在定态中,几率密度和几率流密度与时间无关。

6.由下列两定态波函数计算几率流密度;

(1)

ikr

e r

1

1=ψ, (2)

ikr

e r

-=12ψ

7.求粒子在一维无限深势阱

??

?≥≤∞<<=a x x a

x x V 或0,0,0)(中运动的能

级和波函数。

8.证明(2.6-14)式中的归一化常数是

a A 1

=

'。

9.求一维线性谐振子处于第一激发态时几率最大的位置。 10.一维运动的粒子处于如下状态:

??

?=-0)(x

Axe x λψ 00<≥x x 其中0>λ,

(1) (1) 将此波函数归一化,

(2) (2) 问在何处找到粒子的几率最大? 11.设在球坐标系中,粒子的波函数为),,(?θψr , 求 (1)在球壳)(dr r r +→中找到粒子的几率, (2)在),(?θ方向,立体角元Ωd 中找到粒子的几率。 12. 求三维各向同性谐掁子

)(21

2222z y x U ++=

μω的能级和波函数。

13.设1ψ和2ψ都是一维定态薛定谔方程的解,而且它们属于同一能级E ,试证明:

=-1221

ψψψψdx d

dx d constant.

14.上题中,若1ψ和2ψ描述的都是束缚态,试证明1ψ和2ψ只相差一个常数因子。(提示:所谓束缚态,即当∞→x 时有0=ψ) 15.一维线性谐振子处于基态

t

i x e ωαπ

αψ2

21

02

2--=

,求

(1)势能的平均值

>=<

2221

x U μω

(2)动能的平均值

>

=<μ22

p T (3)动量的几率分布函数。

16.氢原子处于基态

1

),,(a r

e a r -

=π?θψ,求:

(1)r 的平均值;

(2)势能r e 2-

的平均值;

(3)最可几半径; (4)动能的平均值;

(5)动量的几率分布函数。

17.一刚性转子转动惯量为I ,它的能量的经典表示式是

I L H 22 =

。L 为角动量。求与此对应的量子体系在下列情况下的定态能量及波函数:

(1)转子绕一固定轴转动; (2)转子绕一固定点转动。 18.一维运动的粒子的状态是

??

?=-0)(x

Axe x λψ 00<≥x x 其中0>λ,求

(1)粒子动量的几率分布函数; (2)粒子的平均动量。

19.在一维无限深势阱中运动的粒子,势阱的宽度为a ,如果粒子的状态由波函数)(x a Ax -=ψ描写,A 为归一化常数,求粒子能量的几率分布和能量的平均值。 20.设氢原子处于状态

),()(23

),()(21),,(11211021?θ?θ?θψ--=

Y r R Y r R r

求氢原子的能量,角动量平方及角动量z 分量的可能值,这些可能值出现的几率和这些力学量的平均值。

21.求(3.7)题中粒子位置和动量的测不准关系()2x ?()?2

=?p

22.已知F

?和G ?是二个厄密算符,试证明: (1) (1) G F K

???+=也是厄密算符 (2) (2) )????(?F G G F i M

-=也是厄密算符

23.求解算符x dx d i F

+-= ?的本征值和本征函数。

24.令y x iL L L +=+??和y x iL L L -=-?

?,试证明

(1) []++=L L L z ??,? ,(2) []z

L L L ?2?,? =-+ 25.求动量表象中角动量x L

?

的矩阵元和2

?x L 的矩阵元。 26.求一维无限深势阱中粒子的坐标和动量在能量表象中的矩阵元。 27.求在动量表象中线性谐振子的能量本征函数。 28.求线性谐振子哈密顿量在动量表象中的矩阵元。

29.设已知在2?L 和z

L ?表象中,算符x L ?和y L ?

和矩阵分别为

????? ??=010*******? x L , ?????

??--=000002?i i i i L y 求它们的本征值和归一化的本征函数。最后将矩阵x L

?和y L ?

对角化。 30.求下面四个矩阵元:x x x ',p p x ',x x p '和p p p '。

31.已知某表象的三个基矢为:{}321,,φφφ,有两个算符A

?和B ?,它们有如下性质:11?φφ=A ,0?2=φA ,

33?φφ-=A ,

31?φφ=B ,22?φφ=B ,13?φφ=A ,

试写出算符

A

?,2?A ,B ?和2?B 的矩阵。 32.实际原子核不是一个点电荷,它具有一定大小,可近似视为半径为R 的均匀分 球体它产生的电势为

()???????>

??-=a r r Ze R r R r R Ze r ,,212322φ

Ze 为核电荷,试把非点电荷效应看成微扰,

??

???><+???

? ??--=a r R r R Ze R r R

Ze H , 0,21232222'

计算原子的s 1能级的一级微扰修正。 33.设'

0H H H +=,

???? ?

?=)0(2)

0(100

0E E H ,???? ??=a b b a H '(b a ,为实数)

用微扰论求解能级修正(准到二级近似),并与严格解(把H 矩阵对角化)比较。

34.一维无限深势阱(0,a )中的一个粒子在0=t 时刻处于如态:

x

a x a A t π

π

ψ2

cos sin

)0(==,

求t 时刻的状态波函数。

35.已知某体系的哈密顿算符H H H '

+=???0,其中无微扰哈密顿算符0

?

H 和微扰H

'?在0?

H 表象中的矩阵分别为: ????? ?

?=ωωω

30002000

?H

, ???

?? ??='00*00*?δσδσεH

, 试用微扰论方法求能级。(精确到二级修正)

36.体系无微扰的能级E 是二度简并,波函数是1φ和2φ,它们是相互

正交归一的。现有微扰H '?,而且有21?εφφ='H ,1

2?εφφ='H , 求一级近似的能级和相应的零级近似波函数。 37.求证:i z y x =σσσ

38.在z s 本征态

()?

???

??=012

1z s χ下,求

()2

x s ?()?2=?y s 39.在z S 表象中,求x S ?和y S ?

的本征值和本征矢量。 40.求自旋角动量在()γβαcos ,cos ,cos 方向的投影

γβαcos ?

cos ?cos ??z y x n S S S S ++=

的本征值和所属的本征函数。 41.设氢原子状态是

??????

??-=),()(23),()(2

110211121?θ?θψY r R Y r R (1)求轨道角动量z 分量z L 和自旋角动量z 分量z S 的平均值;

(2)求总磁矩

S

e L e M ??2? μμ--= (SI ) 的z 分量的平均值(用玻尔磁子表示)。

42.一体系由三个全同的玻色子组成,玻色子之间无相互作用。玻色子只有两个可能的单粒子态。问体系可能的状态有几个?它们的波函数怎样用单粒子波函数构成?

43.证明)

1(S χ,)

2(S χ,)

3(S χ和A χ组成正交归一系。

44.设两电子在弹性中心力场中运动,每个电子的势能是

2221

)(r r U μω=

。如果电子之间的库仑能和)(r U 可以忽略,求当一个电

子处在基态,另一个电子处于沿x 方向运动的第一激发态时,两电子组成体系的波函数。

曾量子力学题库(网用).

曾谨言量子力学题库 一简述题: 1. (1)试述Wien 公式、Rayleigh-Jeans 公式和Planck 公式在解释黑体辐射能量密度随频率分布的问题上的差别 2. (1)试给出原子的特征长度的数量级(以m 为单位)及可见光的波长范围(以?为单位) 3. (1)试用Einstein 光量子假说解释光电效应 4. (1)试简述Bohr 的量子理论 5. (1)简述波尔-索末菲的量子化条件 6. (1)试述de Broglie 物质波假设 7. (2)写出态的叠加原理 8. (2)一个体系的状态可以用不同的几率分布函数来表示吗?试举例说明。 9. (2)按照波函数的统计解释,试给出波函数应满足的条件 10.(2)已知粒子波函数在球坐标中为),,(?θψr ,写出粒子在球壳),(dr r r +中被测到的几率以及在),(?θ方向的立体角元?θθΩd d d sin =中找到粒子的几率。 11.(2)什么是定态?它有哪些特征? 12.(2))()(x x δψ=是否定态?为什么? 13.(2)设ikr e r 1=ψ,试写成其几率密度和几率流密度 14.(2)试解释为何微观粒子的状态可以用归一化的波函数完全描述。 15.(3)简述和解释隧道效应 16.(3)说明一维方势阱体系中束缚态与共振态之间的联系与区别。 17.(4)试述量子力学中力学量与力学量算符之间的关系 18.(4)简述力学量算符的性质 19.(4)试述力学量完全集的概念 20.(4)试讨论:若两个厄米算符对易,是否在所有态下它们都同时具有确定值? 21.(4)若算符A ?、B ?均与算符C ?对易,即0]?,?[]?,?[==C B C A ,A ?、B ?、C ?是否可同时取得确定值?为什么?并举例说明。 22.(4)对于力学量A 与B ,写出二者在任何量子态下的涨落所满足的关系,并说明物理意义。 23.(4)微观粒子x 方向的动量x p ?和x 方向的角动量x L ?是否为可同时有确定值的力学量?为什么? 24.(4)试写出态和力学量的表象变换的表达式 25.(4)简述幺正变换的性质 26.(4)在坐标表象中,给出坐标算符和动量算符的矩阵表示 27.(4)粒子处在222 1)(x x V μω=的一维谐振子势场中,试写出其坐标表象和动量表象的定态Schr ?dinger 方程。 28.(4)使用狄拉克符号导出不含时间的薛定谔方程在动量表象中的形式。 29.(4)如果C B A ?,?,?均为厄米算符,下列算符是否也为厄米算符?

量子力学中几种表象及其之间的关系

量子力学中几种表象及其之间的关系 摘要 体系的态可以用以坐标为变量的波函数ψ(x,t)来描写,力学量则以作用在这种波函数上的算符(量子力学中的算符代表对波函数的一种运算)来表示,这是量子力学中态和力学量的一种具体表述方式。态还可以用其他变量的函数作为波函数来描写体系的状态。 微观粒子体系的状态(量子态)和力学量的具体表示形式称为表象。 常用的表象有坐标表象、动量表象和能量表象。 而研究量子力学规律的各种表示形式以及这些不同形式之间的变换的理论,则称为表象理论。 关键词 态的表象 坐标表象 动量表象 Q 表象 算符表象 角动量表象 正文 体系的态既可用以x (表示全部坐标变量)为变量的波函数ψ(x,t)来描写,也可用以动量p 为变量的波函数c(p,t)来描写。ψ(x,t)和c(p,t)之间的变换关系是 式中 是动量的本征函数, dx x t x t p c dp x t p c t x p p )(),(),()(),(),(*ψ?=?=ψψψ /2 /1)2(1)(ipx p e x -=πψ

称ψ(x,t)是在坐标表象中的波函数,而c(p,t)是同一态在动量表象中的波函数。 由ψ(x,t)可知,粒子坐标在x 到x+dx 之间的概率 c 由(p,t )可知,粒子动量在p 到p+dp 之间的概率 如果ψ(x,t)所描写的状态是具有动量p ’的自由粒子的状态,即ψ(x,t)=ψp ’(x,t),则 在动量表象中,粒子具有确定动量p ’的波函数是以动量p 为变量的δ函数。 那么,态在任意力学量Q 的表象中的描写方式又是什么样呢? 设力学量Q 具有分立的本征值Q1,Q2,…Qn …,对应的本征函数为u1(x),u2(x),…,un(x),…,并组成正交归一的完全系。将态在坐标表象中的波函数ψ(x,t)按{un(x)}展开成 dx t x dx t x w 2 ),(),(ψ=dp t p c dp t p w 2 ),(),(=dx e x x dx x t x t p c t iEp p p p p /''')()()(),(),(-**?=ψ?=ψψψ /')'(t iEp e p p --=δ) ()(),(x u t a t x n n n ∑=ψ

量子力学试题

量子力学试题(一)及答案 一. (20分)质量为m 的粒子,在一维无限深势阱中 ()???><∞≤≤=a x x a x x V ,0 ,0 ,0 中运动,若0=t 时,粒子处于 ()()()()x x x x 3212 1 31210,???ψ+-= 状态上,其中,()x n ?为粒子能量的第n 个本征态。 (1) 求0=t 时能量的可测值与相应的取值几率; (2) 求0>t 时的波函数()t x ,ψ及能量的可测值与相应的取值几率 解:非对称一维无限深势阱中粒子的本征解为 ()x a n a x n n ma E n n π ?πsin 2,3,2,1 ,222 2 2=== (1) 首先,将()0,x ψ归一化。由 12131212222=???????????? ??+???? ??+???? ??c 可知,归一化常数为 13 12 =c 于是,归一化后的波函数为 ()()()()x x x x 32113 31341360,???ψ++-=

能量的取值几率为 ()()()13 3 ;13 4 ;136321=== E W E W E W 能量取其它值的几率皆为零。 (2) 因为哈密顿算符不显含时间,故0>t 时的波函数为 ()()()()?? ? ??-+?? ? ??-+??? ??-= t E x t E x t E x t x 332211i exp 133i exp 134i exp 136, ???ψ (3) 由于哈密顿量是守恒量,所以0>t 时的取值几率与0=t 时相同。 二. (20分)质量为m 的粒子在一维势阱 ()?? ? ??>≤≤-<∞=a x a x V x x V ,00 ,0 .0 中运动()00>V ,若已知该粒子在此势阱中有一个能量2 V E -=的状态,试确定此势阱的宽度a 。 解:对于02 <- =V E 的情况,三个区域中的波函数分别为 ()()()()??? ??-===x B x kx A x x αψψψexp sin 03 21 其中, E m V E m k 2 ;) (20= += α 在a x =处,利用波函数及其一阶导数连续的条件 ()()()() a a a a '3 ' 2 32ψψψψ== 得到

量子力学习题集及答案

09光信息量子力学习题集 一、填空题 1. 设电子能量为4电子伏,其德布罗意波长为( 6.125ο A )。 2. 索末菲的量子化条件为=nh pdq ),应用这量子化条件求得一维谐振 子的能级=n E ( ηωn )。 3. 德布罗意假说的正确性,在1927年为戴维孙和革末所做的( 电 )子衍 射实验所证实,德布罗意关系(公式)为( ηω=E )和( k p ρηρ = )。 4. 三维空间自由粒子的归一化波函数为()r p ρ ρψ=( r p i e ρ ρη η?2 /3) 2(1π ), () ()=? +∞ ∞ -*'τψψd r r p p ρρρρ( )(p p ρ ρ-'δ )。 5. 动量算符的归一化本征态=)(r p ρ ρψ( r p i e ρ ρηη?2/3)2(1π ),=' ∞ ?τψψd r r p p )()(*ρρρρ( )(p p ρ ρ-'δ )。 6. t=0时体系的状态为()()()x x x 2020,ψψψ+=,其中()x n ψ为一维线性谐振子的定态波函数,则()=t x ,ψ( t i t i e x e x ωωψψ2 522 0)(2)(--+ )。 7. 按照量子力学理论,微观粒子的几率密度w =2 ),几率流密度= ( () ** 2ψ?ψ-ψ?ψμ ηi )。 8. 设)(r ρψ描写粒子的状态,2)(r ρψ是( 粒子的几率密度 ),在)(r ρψ中F ?的平均值为F =( ??dx dx F ψψψψ* *? ) 。 9. 波函数ψ和ψc 是描写( 同一 )状态,δψi e 中的δi e 称为( 相因子 ), δi e 不影响波函数ψ1=δi )。 10. 定态是指( 能量具有确定值 )的状态,束缚态是指(无穷远处波函数为 零)的状态。 11. )i exp()()i exp()(),(2211t E x t E x t x η η-+-=ψψψ是定态的条件是 ( 21E E = ),这时几率密度和( 几率密度 )都与时间无关。 12. ( 粒子在能量小于势垒高度时仍能贯穿势垒的现象 )称为隧道效应。 13. ( 无穷远处波函数为零 )的状态称为束缚态,其能量一般为( 分立 )谱。 14. 3.t=0时体系的状态为()()()x x x 300,ψψψ+=,其中()x n ψ为一维线性谐振子的定态波函数,则()=t x ,ψ( t i t i e x e x ωωψψ2 732 0)()(--+ )。 15. 粒子处在a x ≤≤0的一维无限深势阱中,第一激发态的能量为

量子力学知识点总结(精.选)

1光电效应:光照射到金属上,有电子从金属上逸出的现象。这种电子称之为光电子。 2光电效应有两个突出的特点:①存在临界频率ν0 :只有当光的频率大于一定值v 0 时,才有光电子发射出来。若光频率小于该值时,则不论光强度多大,照射时间多长,都没有光电子产生。②光电子的能量只与光的频率有关,与光的强度无关。光的强度只决定光电子数目的多少。 3爱因斯坦光量子假说:光(电磁辐射)不仅在发射和吸收时以能量E= h ν的微粒形式出现,而且以这种形式在空间以光速 C 传播,这种粒子叫做光量子,或光子 4康普顿效应:高频率的X 射线被轻元素如白蜡、石墨中的电子散射后出现的效应。 ⒕康普顿效应的实验规律:射光中,除了原来X 光的波长λ外,增加了一个新的波长为λ'的X 光,且λ' >λ;波长增量Δλ=λ-λ随散射角增大而增大 5戴维逊-革末实验证明了德布罗意波的存在 6波函数的物理意义:某时刻t 在空间某一点(x,y,z)波函数模的平方与该时刻t 该地点(x,y,z)附近单位体积内发现粒子的几率密度(通常称为几率)dw(x,y,z,t)成正比。按照这种解释,描写粒子的波是几率波 7波函数的归一化条件 1),,,( 2 ?∞=ψτd t z y x 8定态:微观体系处于具有确定的能量值的状态称为定态。定

态波函数:描述定态的波函数称为定态波函定态的性质:⑴由定态波函数给出的几率密度不随时间改变。⑵粒子几率流密度不随时间改变。⑶任何不显含时间变量的力学量的平均值不随时间改变 9算符: 作用在一个函数上得出另一个函数的运算符号,量子力学中的算符是作用在波函数上的运算符号。 10厄密算符的定义:如果算符 F ?满足下列等式() ? ?dx F dx F φψφψ**??=,则称F ?为厄密算符。式中ψ和φ为任意波函数,x 代表所有的变量,积分范围是所有变量变化的整个区域。 推论:量子力学中表示力学量的算符都是厄密算符。 11厄密算符的性质:厄密算符的本征值必是实数。厄密算符的属于不同本征值的两个本征函数相互正交。 12简并:对应于一个本征值有一个以上本征函数的情况。简并度:对应于同一个本征值的本征函数的数目。 13量子力学中力学量运动守恒定律形式是: 01=??????+??=H F i t F dt F d ?,?η 量子力学中的能量守恒定律形式是01=??????=H H i dt H d ?,??η 14 15斯特恩-革拉赫实验证明电子存在自旋理由 16黑体辐射揭示了经典物理学的局限性。 17玻尔的量子化条件:在量子理论中,角动量必须是h 的整数 的近似求解方法。 求出,由求出微扰论:由n n n n E E ψψ)0()0(

量子力学导论习题答案(曾谨言)

第五章 力学量随时间的变化与对称性 5.1)设力学量A 不显含t ,H 为本体系的Hamilton 量,证明 [][]H H A A dt d ,,2 2 2 =- 证.若力学量A 不显含t ,则有[]H A i dt dA ,1 =, 令[]C H A =, 则 [][]H C H C i dt C d i dt A d ,1 ,112 22 -===, [][]H H A A dt d ,, 2 2 2 =-∴ 5.2)设力学量A 不显含t ,证明束缚定态,0=dt dA 证:束缚定态为::() () t iE n n n e t -=ψψ,。 在束缚定态()t n ,ψ,有()()()t E t t i t H n n n n ,,,ψψψ=?? = 。 其复共轭为()()()t r E e r t i t r H n n t iE n n n ,,** * * ψψψ=?? -= 。 ??? ??=n n dt dA dt dA ψψ,()??? ??-??? ??-=??n n n n n n A A A dt d ψψψψψψ,,, ?? ? ??-??? ??-= n n n n H i A A H i dt dA ψψψψ 1,,1 []()()n n n n AH i HA i H A i t A ψψψψ,1 ,1,1 -++??= []()()n n HA AH i H A i ψψ--= ,1,1 [][]() 0,,1=-=A H H A i 。 5.3)(){} x x iaP x a a D -=? ?? ??? ??-=exp exp 表示沿x 方向平移距离a 算符.证明下列形式波函数(Bloch 波函数)()()x e x k ikx φψ=,()()x a x k k φφ=+ 是()a D x 的本征态,相应的本征值为ika e - 证:()()()() ()a x e a x x a D k a x ik x +=+=+φψψ ()()x e x e e ika k ikx ika ψφ=?=,证毕。

量子力学期末考试试卷及答案

量子力学期末试题及答案 红色为我认为可能考的题目 一、填空题: 1、波函数的标准条件:单值、连续性、有限性。 2、|Ψ(r,t)|^2的物理意义:t时刻粒子出现在r处的概率密度。 3、一个量的本征值对应多个本征态,这样的态称为简并。 4、两个力学量对应的算符对易,它们具有共同的确定值。 二、简答题: 1、简述力学量对应的算符必须是线性厄米的。 答:力学量的观测值应为实数,力学量在任何状态下的观测值就是在该状态下的平均值,量子力学中,可观测的力学量所对应的算符必须为厄米算符;量子力学中还必须满足态叠加原理,而要满足态叠加原理,算符必须是线性算符。综上所述,在量子力学中,能和可观测的力学量相对应的算符必然是线性厄米算符。 2、一个量子态分为本征态和非本征态,这种说法确切吗? 答:不确切。针对某个特定的力学量,对应算符为A,它的本征态对另一个力学量(对应算符为B)就不是它的本征态,它们有各自的本征值,只有两个算符彼此对易,它们才有共同的本征态。 3、辐射谱线的位置和谱线的强度各决定于什么因素? 答:某一单色光辐射的话可能吸收,也可能受激跃迁。谱线的位置决定于跃迁的频率和跃迁的速度;谱线强度取决于始末态的能量差。 三、证明题。

2、证明概率流密度J不显含时间。 四、计算题。 1、

第二题: 如果类氢原子的核不是点电荷,而是半径为0r 、电荷均匀分布的小球, 计算这种效应对类氢原子基态能量的一级修正。 解:这种分布只对0r r <的区域有影响,对0r r ≥的区域无影响。据题意知 )()(?0 r U r U H -=' 其中)(0r U 是不考虑这种效应的势能分布,即 2004ze U r r πε=-() )(r U 为考虑这种效应后的势能分布,在0r r ≥区域, r Ze r U 024)(πε-= 在0r r <区域,)(r U 可由下式得出, ?∞ -=r E d r e r U )( ???????≥≤=??=)( 4 )( ,43441 02 003003303 420r r r Ze r r r r Ze r r Ze r E πεπεπππε ??∞ --=0 )(r r r Edr e Edr e r U ?? ∞ - - =00 20 2 3 002 144r r r dr r Ze rdr r Ze πεπε )3(84)(82 203 020*********r r r Ze r Ze r r r Ze --=---=πεπεπε )( 0r r ≤ ?? ???≥≤+--=-=')( 0 )( 4)3(8)()(?00022 2030020r r r r r Ze r r r Ze r U r U H πεπε

曾量子力学题库网用

曾谨言量子力学题库 一简述题: 1. (1)试述Wien 公式、Rayleigh-Jeans 公式和Planck 公式在解释黑体辐射能量密度随频率分布的问 题上的差别 2. (1)试给出原子的特征长度的数量级(以m 为单位)及可见光的波长范围(以?为单位) 3. (1)试用Einstein 光量子假说解释光电效应 4. (1)试简述Bohr 的量子理论 5. (1)简述波尔-索末菲的量子化条件 6. (1)试述de Broglie 物质波假设 7. (2)写出态的叠加原理 8. (2)一个体系的状态可以用不同的几率分布函数来表示吗?试举例说明。 9. (2)按照波函数的统计解释,试给出波函数应满足的条件 10.(2)已知粒子波函数在球坐标中为),,(?θψr ,写出粒子在球壳),(dr r r +中被测到的几率以及在 ),(?θ方向的立体角元?θθΩd d d sin =中找到粒子的几率。 11.(2)什么是定态?它有哪些特征? 12.(2))()(x x δψ=是否定态?为什么? 13.(2)设ikr e r 1= ψ,试写成其几率密度和几率流密度 14.(2)试解释为何微观粒子的状态可以用归一化的波函数完全描述。 15.(3)简述和解释隧道效应 16.(3)说明一维方势阱体系中束缚态与共振态之间的联系与区别。 17.(4)试述量子力学中力学量与力学量算符之间的关系 18.(4)简述力学量算符的性质 19.(4)试述力学量完全集的概念 20.(4)试讨论:若两个厄米算符对易,是否在所有态下它们都同时具有确定值? 21.(4)若算符A ?、B ?均与算符C ?对易,即0]?,?[]?,?[==C B C A ,A ?、B ?、C ?是否可同时取得确定值?为什么?并举例说明。 22.(4)对于力学量A 与B ,写出二者在任何量子态下的涨落所满足的关系,并说明物理意义。 23.(4)微观粒子x 方向的动量x p ?和x 方向的角动量x L ?是否为可同时有确定值的力学量?为什么? 24.(4)试写出态和力学量的表象变换的表达式 25.(4)简述幺正变换的性质 26.(4)在坐标表象中,给出坐标算符和动量算符的矩阵表示 27.(4)粒子处在222 1 )(x x V μω= 的一维谐振子势场中,试写出其坐标表象和动量表象的定态Schr ?dinger 方程。 28.(4)使用狄拉克符号导出不含时间的薛定谔方程在动量表象中的形式。 29.(4)如果C B A ?,?,?均为厄米算符,下列算符是否也为厄米算符?

量子力学练习题

量子力学练习题-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

一. 填空题 1.量子力学的最早创始人是 ,他的主要贡献是于 1900 年提出了 假设,解决了 的问题。 2.按照德布罗意公式 ,质量为21,μμ的两粒子,若德布罗意波长同为 λ,则它们的动量比p 1:p 2= 1:1;能量比E 1:E 2= 。 3.用分辨率为1微米的显微镜观察自由电子的德布罗意波长,若电子的能量 E=kT 23 (k 为玻尔兹曼常数),要能看到它的德布罗意波长,则电子所处的最高温度T max = 。 4.阱宽为a 的一维无限深势阱,阱宽扩大1倍,粒子质量缩小1倍,则能级间距将扩大(缩小) ;若坐标系原点取在阱中心,而阱宽仍为a ,质量仍为μ,则第n 个能级的能量E n = ,相应的波函数 =)(x n ψ()a x a x n a n <<= 0sin 2πψ和 。 5.处于态311ψ的氢原子,在此态中测量能量、角动量的大小,角动量的z 分量的值分别为E= eV eV 51.13 6 .132-=;L= ;L z = ,轨道磁矩M z = 。 6.两个全同粒子组成的体系,单粒子量子态为)(q k ?,当它们是玻色子时波函数为 ),(21q q s ψ= ;玻色体系 为费米子时 =),(21q q A ψ ;费米体系 7.非简并定态微扰理论中求能量和波函数近似值的公式是 E n =() () +-'+'+∑≠0 020m n n m mn mn n E E H H E , )(x n ψ = () ) () +-'+∑≠000 2 0m m n n m mn n E E H ψψ, 其中微扰矩阵元 'mn H =()() ?'τψψd H n m 00?; 而 'nn H 表示的物理意义是 。该方法的适用条 件是 本征值, 。

最新量子力学导论习题答案(曾谨言)(1)

第九章 力学量本征值问题的代数解法 9—1) 在8.2节式(21)中给出了自旋(2 1)与轨迹角动量(l )耦合成总角动量j 的波函数j ljm φ,这相当于2 1,21===s j l j 的耦合。试由8.2节中式(21)写出表9.1(a )中的CG 系数 jm m m j 21121 解:8.2节式(21a )(21b ): ()21),0( 21+=≠-=m m l l j j j ljm φ???? ??-+++=+11121 lm lm Y m l Y m l l () ????? ??-++---+=+=21,2121,212121,21j j m j j m j j Y m j Y m j j m j m l j (21a ) ()21-= j l j ljm φ???? ??++---=+11121 lm lm Y m l Y m l l () ????? ??+++--+++-++=≠-=21,2121,211122121),0( 21j j m j j m j j Y m j Y m j j m j m l l j (21b ) ()21++j l 此二式中的l 相当于CG 系数中的1j ,而2 12==s j ,21,~,,~21±=m m m m j 。 因此,(21a )式可重写为 jm ∑=222112 211m jm m j m j m j m j 2 12121212121212111111111--+=m j jm m j m j jm m j ??????? ? ??-???? ??++-???? ??++++=+=212112212121122111211111211121121),21(m j j m j m j j m j j l j a (21a ’) 对照CG 系数表,可知:当21121+=+=j j j j ,212=m 时 , 21111112212121??? ? ??++=+j m j jm m j 而2 12-=m 时,

量子力学总结

量子力学总结 第一部分 量子力学基础(概念) 量子概念 所谓“量子”英文的解释为:a fixed amount (一份份、不连续),即量子力学是用不连续物理量来描述微观粒子在微观尺度下运动的力学,量子力学的特征简单的说就是不连续性。 描述对象:微观粒子 微观特征量 以原子中电子的特征量为例估算如下: ○1“精细结构常数”(电磁作用常数), 1371~ 10297.73 2-?==c e α ○ 2原子的电子能级 eV a e me c e mc E 27~~02242 2 2==??? ? ?? 即:数10eV 数量级 ○ 3原子尺寸:玻尔半径: 53.0~2 2 0me a =?,一般原子的半径1?

○4速率:26 ~~ 2.210/137 e c V c m s c ?-? ○5时间:原子中外层电子沿玻尔轨道的“运行”周期 秒 160 0105.1~2~-?v a t π 秒 角频率16 102.4~~?a v c ω, 即每秒绕轨道转1016圈 (电影胶片21张/S ,日光灯频率50次/S ) ○6角动量: =??2 2 20~~e m me mv a J 基本概念: 1、光电效应 2、康普顿效应 3、原子结构的波尔理论 波尔2个假设: 定态轨道 定态跃迁 4、物质波及德布洛意假设(德布洛意关系)

“任何物体的运动伴随着波,而且不可能将物质的运动和波的传播分开”,认为物体若以大小为P 的动量运动时,则伴随有波长为λ的波动。 P h =λ,h 为普朗克常数 同时满足关系ω ==hv E 因为任何物质的运动都伴随这种波动,所以称这种波动为物质波(或德布罗意波)。 称P h h E v ==λ 德布罗意波关系 例题:设一个粒子的质量与人的质量相当,约为50kg ,并以12秒的百米速度作直线运动,求粒子相应的德布罗意波长。说明其物理意义。 答:动量v p μ= 波长m v h p h 3634101.1)1250/(1063.6)/(/--?=??===μλ 晶体的晶格常数约为10-10m ,所以,题中的粒子对应的德布罗意波长<<晶体的晶格常数,因此,无法观测到衍射现象。 5、波粒二象性 (1)电子衍射实验 1926年戴维逊(C ·J ·Davisson )和革末(L ·H ·Gevmer )第一个观察到了电子在镍单晶表面的衍射现象,证实了电子的波动性,求出电子的波长λ

量子力学期末考试试卷及答案集

量子力学期末考试试卷及答案集 量子力学期末试题及答案(A) 选择题(每题3分共36分) 1.黑体辐射中的紫外灾难表明:C A. 黑体在紫外线部分辐射无限大的能量; B. 黑体在紫外线部分不辐射能量; C.经典电磁场理论不适用于黑体辐射公式; D.黑体辐射在紫外线部分才适用于经典电磁场理论. 2.关于波函数Ψ 的含义,正确的是:B A. Ψ 代表微观粒子的几率密度; B. Ψ归一化后, ψψ* 代表微观粒子出现的几率密度; C. Ψ一定是实数; D. Ψ一定不连续. 3.对于偏振光通过偏振片,量子论的解释是:D A. 偏振光子的一部分通过偏振片; B.偏振光子先改变偏振方向,再通过偏振片; C.偏振光子通过偏振片的几率是不可知的; D.每个光子以一定的几率通过偏振片. 4.对于一维的薛定谔方程,如果 Ψ是该方程的一个解,则:A A. *ψ 一定也是该方程的一个解; B. *ψ一定不是该方程的解; C. Ψ 与* ψ 一定等价; D.无任何结论. 5.对于一维方势垒的穿透问题,关于粒子的运动,正确的是:C A. 粒子在势垒中有确定的轨迹; B.粒子在势垒中有负的动能; C.粒子以一定的几率穿过势垒; D 粒子不能穿过势垒. 6.如果以∧ l 表示角动量算符,则对易运算] ,[y x l l 为:B A. ih ∧ z l B. ih ∧ z l C.i ∧ x l D.h ∧ x l 7.如果算符 ∧A 、∧B 对易,且∧ A ψ =A ψ,则:B A. ψ 一定不是∧B 的本征态; B. ψ一定是 ∧ B 的本征态; C.*ψ一定是∧ B 的本征态; D. ∣Ψ∣一定是∧ B 的本征态.

量子力学习题答案

量子力学习题答案 1.2 在0k 附近,钠的价电子能量约为3eV ,求其德布罗意波长。 解:由德布罗意波粒二象性的关系知: E h =ν; p h /=λ 由于所考虑的电子是非相对论的电子(26k e E (3eV)c (0.5110)-μ? ),故: 2e E P /(2)=μ 69 h /p h / hc / 1.2410/0.7110 m 0.71nm --λ====?=?=1.3氦原子的动能是E=1.5kT ,求T=1K 时,氦原子的德布罗意波长。 解:对于氦原子而言,当K 1=T 时,其能量为 J 10 2.07K 1K J 10 381.12 32 323 1 23 ---?=????= = kT E 于是有 一维谐振子处于2 2 /2 ()x x Ae α ψ-=状态中,其中α为实常数,求: 1.归一化系数; 2.动能平均值。 (22 x e dx /∞-α-∞ = α?) 解:1.由归一化条件可知: 22 * 2x 2 (x)(x)dx A e dx 1 A /1 ∞∞-α-∞ -∞ ψψ===α=? ? 取相因子为零,则归一化系数1/21/4A /=απ 2.

2222 2 2 22 2 2 22 22 22 22 2 * 2x /2 x /22 2 2 x /2 x /2 2 2 x /2 2x /2 2 222x 2x /2 2 2 24 2x 2T (x)T (x)dx A e (P /2)e dx d A e ()e dx 2dx d A e (xe )dx 2dx A {xe (xe )dx} 2A x e dx A 22∞∞-α-α-∞-∞ ∞-α-α-∞∞-α-α-∞ ∞ ∞-α-α-∞ -∞ ∞-α-∞ = ψψ=μ=- μ =- -αμ=- -α- -αμ = α = μμ ? ?? ? ? ? =(= = 22 2 2 2 2 4 x 22 24 x x 2 2 22 24 21()xd(e ) 21A (){xe e dx}221A ()2442∞-α-∞ ∞ ∞-α-α-∞ -∞ α- α =α- -- μααα- - μ α μ μ α ? ? 若αT 4 ω= 解法二:对于求力学量在某一体系能量本征态下的平均值问题,用F-H 定理是 非常方便的。 一维谐振子的哈密顿量为: 2 2 22 d 1H x 2dx 2 =- + μωμ 它的基态能量01E 2 = ω 选择 为参量,则: 0dE 1d 2 = ω ; 2 2 2 d H d 2d 2()T d dx 2dx =- = - = μμ d H 20 0T d = 由F-H 定理知: 0dE d H 210 T d d 2= ==ω 可得: 1T 4 = ω

量子力学期末考试试卷及答案集

量子力学试题集 量子力学期末试题及答案(A) 选择题(每题3分共36分) 1.黑体辐射中的紫外灾难表明:C A. 黑体在紫外线部分辐射无限大的能量; B. 黑体在紫外线部分不辐射能量; C.经典电磁场理论不适用于黑体辐射公式; D.黑体辐射在紫外线部分才适用于经典电磁场理论。 2.关于波函数Ψ的含义,正确的是:B A. Ψ代表微观粒子的几率密度; B. Ψ归一化后,ψ ψ* 代表微观粒子出现的几率密度; C. Ψ一定是实数; D. Ψ一定不连续。 3.对于偏振光通过偏振片,量子论的解释是:D A. 偏振光子的一部分通过偏振片; B.偏振光子先改变偏振方向,再通过偏振片; C.偏振光子通过偏振片的几率是不可知的; D.每个光子以一定的几率通过偏振片。 4.对于一维的薛定谔方程,如果Ψ是该方程的一个解,则:A A. * ψ 一定也是该方程的一个解; B. * ψ 一定不是该方程的解; C. Ψ与* ψ 一定等价; D.无任何结论。 5.对于一维方势垒的穿透问题,关于粒子的运动,正确的是:C A. 粒子在势垒中有确定的轨迹; B.粒子在势垒中有负的动能; C.粒子以一定的几率穿过势垒; D粒子不能穿过势垒。 6.如果以∧ l表示角动量算符,则对易运算] , [ y x l l 为:B A. ih ∧z l

B. ih ∧ z l C.i ∧ x l D.h ∧ x l 7.如果算符 ∧A 、∧B 对易,且∧ A ψ =A ψ,则:B A. ψ 一定不是∧ B 的本征态; B. ψ一定是 ∧ B 的本征态; C.*ψ一定是∧ B 的本征态; D. ∣Ψ∣一定是∧ B 的本征态。 8.如果一个力学量 ∧ A 与H ∧ 对易,则意味着 ∧ A :C A. 一定处于其本征态; B.一定不处于本征态; C.一定守恒; D.其本征值出现的几率会变化。 9.与空间平移对称性相对应的是:B A. 能量守恒; B.动量守恒; C.角动量守恒; D.宇称守恒。 10.如果已知氢原子的 n=2能级的能量值为-3.4ev ,则 n=5能级能量为:D A. -1.51ev; B.-0.85ev; C.-0.378ev; D. -0.544ev 11.三维各向同性谐振子,其波函数可以写为nlm ψ ,且 l=N-2n ,则在一确定的能量 (N+2 3 )h ω下, 简并度为:B A. )1(21 +N N ;

量子力学习题

量子物理 一、选择题 1. 已知某单色光照射到一金属表面产生了光电效应,若此金属的逸出电势是U 0 (使电子从金属逸出需作功eU 0),则此单色光的波长λ必须满足: [ A ] (A) 0eU hc ≤ λ (B) 0 eU hc ≥λ (C) hc eU 0≤λ (D) hc eU 0≥λ 解:红限频率与红限波长满足关系式hv 0= λhc =eU 0,即0 0eU hc = λ 0λλ≤才能发生光电效应,所以λ必须满足0 eU hc ≤ λ 2. 在X 射线散射实验中,若散射光波长是入射光波长的1.2倍,则入射光光子能量0ε与散射光光子能量ε之比ε0 为 [ B ] (A) 0.8 (B) 1.2 (C) 1.6 (D) 2.0 解: λ εhc = ,0 0λεhc = ,02.1λλ= ,所以 2.10 0==λλεε 3. 以下一些材料的功函数(逸出功)为 铍 -----3.9 eV 钯 ---- 5.0 eV 铯 ---- 1.9 eV 钨 ---- 4.5 eV 今要制造能在可见光(频率范围为3.9×1014 Hz ~ 7.5×1014Hz)下工作的光电管,在这些材料中应选 [ C ] (A) 钨 (B) 钯 (C) 铯 (D) 铍 解:可见光的频率应大于金属材料的红限频率0νh , 才会发生光电效应。这些金属的红限频率由A h =0ν可以得到: 1419 34 )(01086.101063.610 6.15.4?=???= --钨ν(Hz) 1419 34 )(01007.121063.610 6.10.5?=???= --钯ν(Hz) 1419 34 ) (01059.41063.610 6.19.1?=???= --铯ν(Hz) 1419 34 )(01041.91063.610 6.19.3?=???= --铍ν(Hz) 可见应选铯

量子力学试题集

量子力学试题集 判断题 1、量子力学中力学量不能同时有确定值。(×) 2、量子力学中能量都是量子化的。(√) 3、在本征态中能量一定有确定值。(√) 4、波函数一定则所有力学量的取值完全确定。(×) 5、量子力学只适用于微观客体。(×) 6.对于定态而言,几率密度不随时间变化。( √ ) 7.若,则在其共同本征态上,力学量F和G必同时具有确定值。( √ ) 8.所有的波函数都可以按下列式子进行归一化: 。 ( × ) 9.在辏力场中运动的粒子,其角动量必守恒。( √ ) 10.在由全同粒子组成的体系中,两全同粒子不能处于同一状态。( × )

选择题(每题3分共36分) 1.黑体辐射中的紫外灾难表明:C A. 黑体在紫外线部分辐射无限大的能量; B. 黑体在紫外线部分不辐射能量; C.经典电磁场理论不适用于黑体辐射公式; D.黑体辐射在紫外线部分才适用于经典电磁场理论。 2.关于波函数Ψ的含义,正确的是:B A. Ψ代表微观粒子的几率密度; ψ*代表微观粒子出现的几率密度; B. Ψ归一化后,ψ C. Ψ一定是实数; D. Ψ一定不连续。 3.对于偏振光通过偏振片,量子论的解释是:D A. 偏振光子的一部分通过偏振片; B.偏振光子先改变偏振方向,再通过偏振片; C.偏振光子通过偏振片的几率是不可知的; D.每个光子以一定的几率通过偏振片。 4.对于一维的薛定谔方程,如果Ψ是该方程的一个解,则:A ψ一定也是该方程的一个解; A. * ψ一定不是该方程的解; B. * ψ一定等价; C. Ψ与*

D.无任何结论。 5.对于一维方势垒的穿透问题,关于粒子的运动,正确的是:C A. 粒子在势垒中有确定的轨迹; B.粒子在势垒中有负的动能; C.粒子以一定的几率穿过势垒; D 粒子不能穿过势垒。 6.如果以∧ l 表示角动量算符,则对易运算] ,[y x l l 为:B A. ih ∧ z l B. ih ∧ z l ∧ x l ∧x l 7.如果算符∧ A 、∧ B 对易,且∧ A ψ =A ψ,则: B A. ψ 一定不是∧ B 的本征态; B. ψ一定是 ∧ B 的本征态; C.*ψ一定是∧ B 的本征态; D. ∣Ψ∣一定是∧ B 的本征态。 8.如果一个力学量 ∧ A 与H ∧ 对易,则意味着∧ A :C A. 一定处于其本征态; B.一定不处于本征态; C.一定守恒; D.其本征值出现的几率会变化。

量子力学习题

河 北 大 学 课 程 考 核 试 卷 — 学年第 学期 级 专业(类) 考核科目 量子力学 课程类别 必修课 考核类型 考试 考核方式 闭卷 卷别 A (注:考生务必将答案写在答题纸上,写在本试卷上的无效) 一、概念题:(共20分,每小题4分) 1、简述波函数的统计解释; 2、对“轨道”和“电子云”的概念,量子力学的解释是什么? 3、力学量G ?在自身表象中的矩阵表示有何特点? 4、简述能量的测不准关系; 5、电子在位置和自旋z S ?表象下,波函数??? ? ??=ψ),,(),,(21z y x z y x ψψ如何归一化?解释 各项的几率意义。 二(20分)设一粒子在一维势场c bx ax x U ++=2)(中运动(0>a )。求其定态能级和波函数。 三(20分)设某时刻,粒子处在状态)cos (sin )(212kx kx B x +=ψ,求此时粒子的平均动量和平均动能。 四(20分)某体系存在一个三度简并能级,即E E E E ===)0(3)0(2 )0(1。在不含时微扰H '?作用下,总哈密顿算符H ?在)0(?H 表象下为????? ? ?=**2110 0E E E H βαβα。求 受微扰后的能量至一级。 五(20分)对电子,求在x S ?表象下的x S ?、y S ?、z S ?的矩阵表示。 A —1—1 河 北 大 学 课 程 考 核 试 卷 — 学年第 学期 级 专业(类) 考核科目 量子力学 课程类别 必修课 考核类型 考试 考核方式 闭卷 卷别 B (注:考生务必将答案写在答题纸上,写在本试卷上的无效) 一、概念题:(共20分,每小题4分)

量子力学习题

第六章 角动量初步 6-1 分别用球坐标和直角坐标证明z L ?是厄米算符 6-2 试证明:?θ?θψ33sin )(),,(i e r f r =为2 ?L 和z L ?的共同本征函数,并求相应的本征值。说明当体系处于此状态时,y x L L ?,?有无确定值。 6-3 设体系处在102111Y C Y C +=ψ的状态中,试:(1)将此波函数归一化;(2)求力学量2 L 的测量值及相应的几率;(3)求力学量z L 的可能值及相应的几率;(4)x L 和y L 的可能值及相应的几率。 6-4 设在2?L 和z L ?的共同表象中,算符y L 的矩阵表示为???? ? ??--=0000022i i i i L y ,求它的 本征值和归一化的本征函数,并将它表示成m Y 1的线性叠加。 6-5 求粒子处在态lm Y 时,轨道角动量的x 分量和y 分量的平均值x L 和y L ,并证明 )(2 )()(22 22m l l L L y x -+= ?=? 6-6 设体系处于z L ?的本征态lm Y ,求证轨道角动量沿与z 轴成θ角方向上的分量的平均值为θcos m 了。 6-7 设体系处于某一状态,在该状态中测量力学量L 2 得到的值是2 2 ,测量力学量z L ?得到的值为 -,求测量力学量x L 和y L 的可能值。 6-8 求L 2 ,x L 的共同本征函数,限定2 2 2 =L 。 6-9 对于11Y ,求x L 的取值及相应的几率。 6-10 试证明:(1){} x r L L r i L x x L x )??()??(????22 ?-?=- (2){} x x x x p L L p i L p p L )??()??(????22 ?-?=- 6-11 证明: (1)p i p L L p ?2???? =?+? (2)?? ??? ?=?-?p L p L L p i ?,?)????(2 6-12 证明:p r i p r p r L ?+?-=2 222)(? ,进而证明

陕西师范大学量子力学题库

1. 十九世纪末期,物理学理论在当时看来已经发展到相当完善的阶段,形成了三门经典学科。这三门经典学科分别是______,______,______. 2. 按经典的物质概念,物质可以分为两类,一类是____,另一类是______. 3. 二十世纪初,经典物理学遇到了无法克服的困难。这些困难分别是____,_____,______及_________. 4. 经典物理中,对实物的运动采用_____来描述,实物的运动遵守______。 5. 经典物理中,对辐射场的运动采用_____来描述,辐射场的变化遵守______。 6. 在经典概念下,实物的基本特性是_______和________. 7. 在经典概念下,辐射场的基本特性是_______和_______. 8. 在经典概念,粒子性是指_____和______. 9. 在经典概念,波动性是指_____和______. 10. 在经典概念,波动性和粒子性___(填是否可以)统一于同一物质客体. 11. 光的波动性的理论基础是________. 12. 光的波动性的实验证据是________. 13. 光的粒子性的实验证据是______,______,______. 14. 光的粒子性的理论依据是______,______. 15. 微粒的粒子性是指微观粒子的______,即_______以及______. 16. 微粒的波动性是指__________. 17. 微粒的粒子性的实验证据是______.

18. 按照爱因斯坦光子假设,光子的能量E和动量P与光波的频率ν和波长 λ的关系为 E=____,P=____. 19. 按照德布洛依假设,能量为E、动量为P的自由粒子其相应的物质波的 波长λ=__ __,频率ν=___. 20. 自由粒子的动能为E,速度远小于光速,则德布罗依波长λ=____. 21. 电子被电势差V(伏)加速,则德布罗依波长λ=____. 22. 按照德布洛依假设,粒子的能量E、动量P与相应的物质波的频率ν, 波长λ的关 系是____,______. 23. 历史上第一个肯定光除了波动性之外还具有粒子性的科学家是____. 24. 历史上第一次用实验证明实物具有波动性的科学家是________. 25. 能量为E,动量为P的自由粒子的平面波的表达式是________. 26. 玻尔的氢原子理论包含三条假设,分别是_____,_____,_____. 27. 索末菲对玻尔的轨道量子化条件推广为__________. 28. 玻尔的频率条件表示为________. 29. 任何态函数用动量本征函数展开的表达式为_____________. 30. 任何态函数在动量表象中的表达式为________________. 31. 波函数是指__________.

相关主题
文本预览
相关文档 最新文档