以下是一些量子力學習題精講的內容:
基礎概念類習題
光電效應:
知識點:光電效應是指在光照射下物體發(fā)射出電子的現(xiàn)象,其規(guī)律包括極限頻率、光電子最大初動能與入射光強度無關、光電流強度與入射光強度的關系以及光電效應的瞬時性等.
例題:某種單色光照射某金屬時不能產(chǎn)生光電效應,則下述措施中也許使金屬產(chǎn)生光電效應的是( )A. 延長光照時間 B. 增大光的強度 C. 換用波長較短的光照射 D. 換用頻度較低的光照射.
解析:由發(fā)生光電效應的條件可知,能否產(chǎn)生光電效應與入射光的頻率和金屬板的材料有關,當金屬一定時,要發(fā)生光電效應,就只有增大入射光的頻率,即入射光的波長變短,所以 C 選項正確.
德布羅意波長:
知識點:德布羅意波粒二象性指出,微觀粒子具有波動性,其波長與動量的關系為,對于非相對論性粒子,.
例題:在 0K 附近,鈉的價電子能量約為 3eV,求其德布羅意波長.
解析:已知鈉的價電子動能,遠遠小于電子的靜止能量,可利用非相對論性的電子的能量 —— 動量關系式。由可得,再根據(jù),代入數(shù)據(jù)可求出德布羅意波長。其中為普朗克常量,為電子質量.
算符與表象類習題
算符的本征值與本征函數(shù):
知識點:若一算符滿足,則為算符的本征值,為其對應的本征函數(shù)。一些常見算符的性質和關系需要牢記,如對易關系、反對易關系等.
例題:若一算符平方等于 1,則該算符的本征值為正負 1,即我們可以將其矩陣表示為對角元分別為 + 1 和 - 1 的二維矩陣表示.
解析:設的本征值為,本征函數(shù)為,則,兩邊同時作用可得,已知,所以,解得.
表象變換:
知識點:表象是量子力學中描述量子態(tài)和力學量的一種方式,不同表象之間可以通過幺正變換相互轉換。在解決問題時,需要根據(jù)具體情況選擇合適的表象,使問題簡化.
例題:已知哈密頓量,的本征態(tài)為和,在和表象下的矩陣形式已知,求的本征值.
解析:首先寫出在其自身表象下的矩陣形式,然后將的矩陣形式與之相加,得到的矩陣形式。再通過求解的本征方程,求出的本征值,其中為本征值,為單位矩陣.
薛定諤方程求解類習題
一維無限深勢阱:
知識點:一維無限深勢阱中粒子的勢能函數(shù)為
或
,在勢阱內,定態(tài)薛定諤方程為,其解為,能級為,.
例題:一粒子在一維無限深勢阱中運動,勢阱寬度為,求粒子的能級和對應的波函數(shù).
解析:根據(jù)上述知識點,直接代入公式即可求出粒子的能級和波函數(shù)。在求解過程中,需要注意波函數(shù)的歸一化條件和邊界條件的應用.
勢壘貫穿:
知識點:當粒子遇到勢壘時,有一定概率貫穿勢壘,這是量子力學中的隧道效應。對于一維方勢壘
或
,通過求解薛定諤方程,可以得到粒子貫穿勢壘的透射系數(shù)和反射系數(shù),且滿足。
例題:已知一維方勢壘的高度為,寬度為,粒子的能量為,求粒子貫穿勢壘的透射系數(shù)。
解析:在勢壘的不同區(qū)域分別求解薛定諤方程,得到波函數(shù)的表達式,然后根據(jù)波函數(shù)在邊界處的連續(xù)性條件,確定透射系數(shù)的表達式。一般情況下,透射系數(shù)與勢壘的高度、寬度以及粒子的能量等因素有關,其表達式較為復雜,需要通過一定的數(shù)學推導得出。