生量子力学习题精讲

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  • 时间:2024/12/25 13:56:31

以下是一些量子力学习题精讲的内容:

基础概念类习题

光电效应:

知识点:光电效应是指在光照射下物体发射出电子的现象,其规律包括极限频率、光电子最大初动能与入射光强度无关、光电流强度与入射光强度的关系以及光电效应的瞬时性等.

例题:某种单色光照射某金属时不能产生光电效应,则下述措施中也许使金属产生光电效应的是( )A. 延长光照时间 B. 增大光的强度 C. 换用波长较短的光照射 D. 换用频度较低的光照射.

解析:由发生光电效应的条件可知,能否产生光电效应与入射光的频率和金属板的材料有关,当金属一定时,要发生光电效应,就只有增大入射光的频率,即入射光的波长变短,所以 C 选项正确.

德布罗意波长:

知识点:德布罗意波粒二象性指出,微观粒子具有波动性,其波长与动量的关系为,对于非相对论性粒子,.

例题:在 0K 附近,钠的价电子能量约为 3eV,求其德布罗意波长.

解析:已知钠的价电子动能,远远小于电子的静止能量,可利用非相对论性的电子的能量 —— 动量关系式。由可得,再根据,代入数据可求出德布罗意波长。其中为普朗克常量,为电子质量.

算符与表象类习题

算符的本征值与本征函数:

知识点:若一算符满足,则为算符的本征值,为其对应的本征函数。一些常见算符的性质和关系需要牢记,如对易关系、反对易关系等.

例题:若一算符平方等于 1,则该算符的本征值为正负 1,即我们可以将其矩阵表示为对角元分别为 + 1 和 - 1 的二维矩阵表示.

解析:设的本征值为,本征函数为,则,两边同时作用可得,已知,所以,解得.

表象变换:

知识点:表象是量子力学中描述量子态和力学量的一种方式,不同表象之间可以通过幺正变换相互转换。在解决问题时,需要根据具体情况选择合适的表象,使问题简化.

例题:已知哈密顿量,的本征态为和,在和表象下的矩阵形式已知,求的本征值.

解析:首先写出在其自身表象下的矩阵形式,然后将的矩阵形式与之相加,得到的矩阵形式。再通过求解的本征方程,求出的本征值,其中为本征值,为单位矩阵.

薛定谔方程求解类习题

一维无限深势阱:

知识点:一维无限深势阱中粒子的势能函数为

,在势阱内,定态薛定谔方程为,其解为,能级为,.

例题:一粒子在一维无限深势阱中运动,势阱宽度为,求粒子的能级和对应的波函数.

解析:根据上述知识点,直接代入公式即可求出粒子的能级和波函数。在求解过程中,需要注意波函数的归一化条件和边界条件的应用.

势垒贯穿:

知识点:当粒子遇到势垒时,有一定概率贯穿势垒,这是量子力学中的隧道效应。对于一维方势垒

,通过求解薛定谔方程,可以得到粒子贯穿势垒的透射系数和反射系数,且满足。

例题:已知一维方势垒的高度为,宽度为,粒子的能量为,求粒子贯穿势垒的透射系数。

解析:在势垒的不同区域分别求解薛定谔方程,得到波函数的表达式,然后根据波函数在边界处的连续性条件,确定透射系数的表达式。一般情况下,透射系数与势垒的高度、宽度以及粒子的能量等因素有关,其表达式较为复杂,需要通过一定的数学推导得出。