量子力学的五大公设.ppt

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1、量子力学的五大公设,一.量子态（波函数）公设,波函数公设，一个微观粒子的状态可以由波函数完全来描述，波函数的模方为粒子的概率密度，波函数满足归一化条件。,波函数三个标准条件有限性、单值性和连续性。,二.量子运动方程公设薛定谔方程,薛定谔方程,注意：薛定谔方程是建立起来的，而不是推导出来的，它是量子力学中的一个基本假设，地位等同于牛顿力学中的牛顿方程。它的正确性由方程得出的结论与实验比较来验证。,定态薛定谔方程,定态含义作用在粒子上的势场是不随时间改变的。,定态波函数,（1）、在定态中，几率密度和几率流密度不随时间改变；,定态的性质：,（2）、任何不显含t的力学量平均值与t 无关；,（3）、任何

2、不显含t的力学量的测量概率分布也不随时间改变。,三.算符公设。任意可观测的力学量，都可以用相应的线性厄米算符来表示。,在 态中测量力学量A,五.全同性原理公设（以后再学）,态叠加原理,若1，2,.,n,.是体系的一系列可能的状态，则这些态的线性叠加=C11+C22+.+Cnn+.(其中 C1,C2,.,Cn,.为复常数)也是体系的一个可能状态。,处于态的体系，部分的处于1态，部分的处于2态,部分的处于n,.,（4）、通过归一化确定归一化系数Cn,求解定态问题的具体步骤如下：,（1）、列出定态Schrdinger方程,（3）、根据波函数三个标准条件求解能量E的本征值问题，得：,本征值：,E1，E

3、2，En，,本征函数：,1，2，n，,（2）、求解S方程,写出通解,一.一维自由粒子的波函数,对应于一个能量本征值，有两个本征态(p=0)除外，因此其能级是二重简并的。,哈密顿量,波函数,能量,二.一维无限深势阱,哈密顿量,本征波函数,本征能量,三、一维线性谐振子,线性谐振子的 Hamilton量：,归一化系数,本征波函数,本征能量,厄密多项式的递推关系：,基于厄密多项式的递推关系可以导出谐振子波函数(x)的递推关系：,已知H0=1,H1=2,H2=2H1-2nH0,=42-2,四.平面转子的能量本征值与本征态,平面转子的哈密顿算符为：,平面转子的哈密顿算符本征值：,相应的本征函数：,对应于一

4、个能量本征值，有两个本征态(m=0)除外，因此其能级是二重简并的。,五.空间刚性转子的能量本征值与本征函数,空间转子的哈密顿算符为：,空间刚性转子能量本征值：,能级是(2l+1)度简并的。,相应的波函数为：,例1：证明，在 本征态Ylm下，,证法一：,由于在 本征态Ylm中，测量力学量lz有确定值，,欲保证不等式成立，必有：,同理：,利用测不准关系,法二：,同理：,利用求平均值的方法,例2：共同本征态Ylm下，求测不准关系：,解：,由例1可知：,等式两边右乘,将上式两边在Ylm态下求平均：,将上式两边在Ylm 态下求平均：,则测不准关系：,例3：一电荷为e的一维线性谐振子受恒定弱电场作用，电场

5、沿正x方向,其势场为：,求能量本征值和本征函数。,解：,定态Schrdinger方程：,令,所求的解为：,例4 若在一维无限深势阱中运动的粒子的量子数为 n，求：（1）距势阱内左壁 宽度内发现粒子的几率；（2）n取何值时，在此区域内找到粒子的几率最 大？（3）当 时，这个几率的极限是多少？这个 结果与经典情况比较，说明了什么问题？例5 一约束在平面上沿一定半径绕 z轴（垂直平面）转动的平面子，处于 态中，试确定在 此态中能量及角动量的可能取值及其相应的几 率，并求平均值。,例4.解：一维无限深势阱本征值和本征函数,距势阱内左壁1/4宽度内发现粒子的几率,当 取最大值,当n趋于无穷时此值为1/4说明粒子均匀分布于势阱内和经典结果一致。,例5.解：平面刚性转子体系能量的本征值和本征函数为,求得,角动量的可能值为：0，,相应的几率为 2/3，1/3，1/3,能量的可能取值为 相应几率为 2/3 1/3,