武汉大学研究生入学考试量子力学考研真题..doc
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武汉大学研究生入学考试量子力学试题选解
5.全同性原理: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。
计算题(20分×4题)
1.粒子以能量E由左向右对阶梯势入射,求透射系数。讨论如下三种情况:
(1)-U0E0;(2)E0;(3)E0,但由右向左入射。
解: ⑴ -U0E0
写出分区薛定谔方程为:
令:,可将上述方程简化为:
一般解可写为:
由 有限,得 B=0
由波函数连接条件,有:
解得:
据此,可分别计算出入射波、反射波和透射波的几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的区域找到电子的几率不为零。类似于光的“全内反射”。
⑵ E0
写出分区薛定谔方程为:
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、反射波和透射波的几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。
⑶ E0,粒子从右向左入射
仿⑵,有
但 B’为入射波系数,B为反射波系数,A’为透射波系数,A=0.
由波函数的标准条件,有
解得:
据此,可分别计算出入射波、反射波和透射波的几率流密度及反射系数和透射系数
满足 R+D=1
可见,仍有粒子被反射。
2.一维谐振子在t=0时处于归一化波函数
所描述的态中,式中均为一维谐振子的归一化定态波函数,求:
待定系数C;
t=0时,体系能量的可能取值及相应的几率;
t0时,体系的状态波函数。
t=0与t0时体系的。
解:用Dirac算符
⑴ 由 ,可求得
⑵ 能量可能取值 ,,
相应的几率 1/2, 1/5, 3/10
因为n=0,2,4都为偶数,故宇称为偶
⑶
⑷ 利用 ,有
=0
3.若试探波函数取为,其中N为归一化波函数,为变分参数,试用变分法求氢原子的基态能量与基态波函数。
解: 先将波函数归一化
而氢原子的哈米顿为
所以
+-
=-
-
==
=
令 ,得到
所以:,
精确解为:
变分值略大于精确值。
基态波函数为
4.两个自旋s=1/2的电子束缚在一维无限深方势阱(0≤x≤a)内,忽略两电子间的相互作用,试写出该全同粒子体系基态及第一激发态的能量和状态波函数,并讨论能量的简并度。
解: 忽略相互作用时,体系的能量本征值为
(n1,n2=1,2,3,…)
体系的总波函数是反对称的:
⑴ 基态n1=n2=1,基态能量为
基态波函数为
可见基态能级不简并。
⑵ 第一激发态, (n1,n2)=1,2 或 (n1,n2)=2,1
激发态能量为
利用
可形成如下态:
单态;
三重态:
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