曾谨言量子力学第五版答案
最新《量子力学导论》习题答案(曾谨言版-北京大学)1
第一章量子力学的诞生1.1设质量为m 的粒子在一维无限深势阱中运动， ⎩⎨⎧<<><∞=ax ax x x V 0,0,0,)(试用de Broglie 的驻波条件，求粒子能量的可能取值。
解：据驻波条件，有 ),3,2,1(2=⋅=n n a λn a /2=∴λ （1）又据de Broglie 关系 λ/h p = （2） 而能量(),3,2,12422/2/2222222222==⋅===n ma n a m n h m m p E πλ （3）1.2设粒子限制在长、宽、高分别为c b a ,,的箱内运动，试用量子化条件求粒子能量的可能取值。
解：除了与箱壁碰撞外，粒子在箱内作自由运动。
假设粒子与箱壁碰撞不引起内部激发，则碰撞为弹性碰撞。
动量大小不改变，仅方向反向。
选箱的长、宽、高三个方向为z y x ,,轴方向，把粒子沿z y x ,,轴三个方向的运动分开处理。
利用量子化条件，对于x 方向，有()⎰==⋅ ,3,2,1,x x xn h n dx p即 h n a p x x =⋅2 （a 2：一来一回为一个周期）a h n p x x 2/=∴,同理可得， b h n p y y 2/=, c h n p z z 2/=,,3,2,1,,=z y x n n n粒子能量 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=++=222222222222)(21c n b n a n mp p p m E z y x z y x n n n zy x π ,3,2,1,,=z y x n n n1.3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。
提示：利用 )]([2,,2,1,x V E m p n nh x d p -===⋅⎰)(x V解：能量为E 的粒子在谐振子势中的活动范围为 a x ≤ （1） 其中a 由下式决定：221()2x a E V x m a ω===。
曾谨言量子力学习题解答 第六章
^ ^ ^ ^ ^ 1 1 1 ( p r ) [ r p p r ] 2 r r
1 ^ ^ 1 1 ^ ^ = (p r ( ) ( ) r p 2 r r ^ ^ 1 ^ ^ 1 1 ^ = [ p r r p ] p r 2 r r
2 2 2 2 x 2 px y2 py z 2 x 2 px y2 py z 2 p z2 ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^
得： ( r p ) ( r ) ( p ) ( r p ) 2i r p
2 2 2 2
^ ^
^
^
^ ^
2 2 2 ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ 2 ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^
^
^
^ ^
^
^
^ ^
+ (z px z p x x p z x p z z p x x pz )
2 2 2 ^
^
^
^ ^
^ ^
^ ^
^ ^
^ 2
^
+(x
^ 2
2 ^
利用以上结果，或者直接对 p r 取厄米共轭式，都证明 p r p r
^
因此可认为 p r 是厄米的，证明在后面，但是关于这问题学术上有争论， 因为它还需要满足另一些条件(Liboff)。 C f R L Liboff: American Journal of Physics 976(1973)
m1 m ) y )( 2 m m Z z
(Y
(Z
m m1 z )( 2 )} m Y y m
曾谨严量子力学习题解答7
(
)
（8）
t = 0 时，体系的初始状态为
ψ (t = 0 ) = ψ 1 =
Ω ω Ω +ω ψ E+ + ψ E 2Ω 2Ω
（9） （10）
其中 Ω = ω 2 + 4γ 2 h 2 . 因此， t
≥ 0 时波函数为
Ω ω Ω +ω ψ E+ eiE+t h + ψ E e iEt 2Ω 2Ω
h
1 3 2 1 1 1 2 1 1 2 = 1 1 + 1 0 Y11β + Y10α 2 2 3 2 3 3 3
（2）
1
3 1 2 1 1 1 2 1 1 0 + 1 1 = Y10 β + Y11α 2 2 3 2 2 3 3 3 3 3 1 1 = 1 1 Y11β 2 2 2
r
r
r
r
（6）
3 1 2 3 1 2
3 r r ε r i 2 1 r r ε r i 2
2
=
2
1 2 2 2 r (ε x + ε y ) 6 2 2 2 r εz 9
=
2
1
3 2
1 r r ε r i 2
=
2
1 2 2 2 r (ε x + ε y ) 18
3 1 2
1 1 2
3 r r ε r i 2
(
)
(
)
初态： l = m = 0 , j =
i = 0 1 2
1 1 , m j = sz = 2 2 1 1 = 0 0 Y00α 2 2
（1）
终态： l = 1, j = l ±
1 3 1 3 1 = , ,mj = ± ,± . 2 2 2 2 2
曾谨言量子力学习题解答第五章
第五章： 对称性及守恒定律［１］证明力学量Aˆ（不显含t ）的平均值对时间的二次微商为： ]ˆ],ˆ,ˆ[[222H H A A dtd -= （H ˆ是哈密顿量） （解）根据力学量平均值的时间导数公式，若力学量Aˆ 不显含t ，有]ˆ,ˆ[1H A i dt A d= （１） 将前式对时间求导，将等号右方看成为另一力学量]ˆ,ˆ[1H A i的平均值，则有： ]ˆ],ˆ,ˆ[[1]ˆ],ˆ,ˆ[1[1222H H A H H A i i dt A d -== （２） 此式遍乘2即得待证式。
［２］证明，在不连续谱的能量本征态（束缚定态）下，不显含t 的物理量对时间t 的导数的平均值等于零。
（证明）设Aˆ是个不含t 的物理量，ψ是能量H ˆ的公立的本征态之一，求A ˆ在ψ态中的平均值，有：⎰⎰⎰=ττψψd AA ˆ* 将此平均值求时间导数，可得以下式（推导见课本§5.1）⎰⎰⎰-≡=ττψψd A H H A i H A i dt A d )ˆˆˆˆ(*1]ˆ,ˆ[1 （１） 今ψ代表Hˆ的本征态，故ψ满足本征方程式 ψψE H=ˆ （E 为本征值） （２） 又因为Hˆ是厄密算符，按定义有下式（ψ需要是束缚态，这样下述积公存在） τψψτψψτd AHd A H ⎰⎰⎰⎰⎰⎰=)ˆ(*)ˆ()~(ˆ* （３）（题中说力学量导数的平均值，与平均值的导数指同一量）（２）（３）代入（１）得：τψψτψψd A H id H A i dt A d )ˆ(*)ˆ(1)ˆ(ˆ*1⎰⎰⎰⎰⎰⎰-= ⎰⎰⎰⎰⎰⎰-=τψψτψψd A iE d A i E ˆ**ˆ* 因*E E =，而0=dtAd［３］设粒子的哈密顿量为 )(2ˆˆ2r V p H +=μ。
（１） 证明V r p p r dtd ∀⋅-=⋅μ/)(2。
（２） 证明：对于定态 V r T ∀⋅=2（证明）（１）z y x p z p y p xp r ˆˆˆˆˆˆ++=⋅，运用力学量平均值导数公式，以及对易算符的公配律： ]ˆ,ˆˆ[1)ˆˆ(H p r i p rdt d⋅=⋅)],,(ˆ21,ˆˆˆˆˆˆ[]ˆ,ˆˆ[2z y x V pp z p y p x H p r z y x +++=⋅μ)],,()ˆˆˆ(21,ˆˆˆˆˆˆ[222z y x V p p p p z p y p xz y x z y x +++++=μ)],,(,[21],ˆˆˆˆˆˆ[222z y x V zp yp xp p p p p z p y p xz y x z y x z y x +++++++=μ（２） 分动量算符仅与一个座标有关，例如xi p x ∂∂= ，而不同座标的算符相对易，因此（２）式可简化成：]ˆ,ˆˆ[21]ˆ,ˆˆ[21]ˆ,ˆˆ[21]ˆ,ˆˆ[222z z y y x x p p z p p y p p x H p rμμμ++=⋅ )],,(,ˆˆˆˆˆˆ[z y x V p z p y p xz y x +++],ˆˆ[],ˆˆ[],ˆˆ[]ˆ,ˆˆ[21]ˆ,ˆˆ[21]ˆ,ˆˆ[21222V p z V p y V p xp p z p p y p p x z y x z z y y x x +++++=μμμ （３）前式是轮换对称式，其中对易算符可展开如下：x x x x p x pp x p p x ˆˆˆˆˆ]ˆ,ˆˆ[232-= x x x x x x p x p p x p p x p p xˆˆˆˆˆˆˆˆˆˆˆ2223-+-= x x x x x p p x p p p xˆ]ˆ,ˆ[ˆˆ]ˆ,ˆ[2+= 222ˆ2ˆˆx x x p i p i pi =+= （４） ],ˆ[ˆˆˆˆˆˆˆˆˆˆˆˆˆ],ˆˆ[V p x p V x V p x p x V V p x V p xx x x x x x =-=-= xVx i ∂∂=ˆˆ （５） 将（４）（５）代入（３），得：}{)ˆˆˆ(]ˆ,ˆˆ[222zV z y V y x V x i p p p i H p r z y x ∂∂+∂∂+∂∂+++=⋅ μ}ˆ{2V r pi ∀⋅+=μ代入（１），证得题给公式：V r pp r dt d ∀⋅-=⋅ μ2ˆ)( （６） （２）在定态ψ之下求不显含时间t 的力学量A ˆ的平均值，按前述习题２的结论，其 结果是零，令p r Aˆˆˆ ⋅= 则0)ˆˆ(*2=∀⋅-=⋅=⋅⎰⎰⎰V r p d p r p r dt d τμτψψ （７）但动能平均值 μτψμψτ22ˆ*22p d p T =≡⎰⎰⎰由前式 V r T ∀⋅⋅=21［４］设粒子的势场),,(z y x V 是z y x ,,的n 次齐次式证明维里定理（Ｖirial theorem ） T V n 2= 式中Ｖ是势能，Ｔ是动能，并应用于特例：（１）谐振子 T V = （２）库仑场 T V 2-=（３）T V n Cr V n2,==（解）先证明维里定理：假设粒子所在的势场是直角坐标),,(z y x 的n 次齐次式，则不论n 是正、负数，势场用直角痤标表示的函数，可以表示为以下形式，式中Ｖ假定是有理函数（若是无理式，也可展开成级数）：∑=ijkkj i ijk z y x C z y x V ),,( （１）此处的k j i ,,暂设是正或负的整数，它们满足：n k j i =++ （定数）ijk C 是展开式系数，该求和式可设为有限项，即多项式。
曾谨言《量子力学》答案 第9章
{ k (k 1)(k 2) n,k 3 3k k n ,k 1 8 2 3(k 1) k 1 n,k 1
(k 1)(k 2)(k 3) n ,k 2 } (7 )
2
1
{
n(n 1) ( 0) 1 (0) n 2 (n ) n 4 2 (5)
(n 1)(n 2) ( 0) n2 } 4
再将此式遍乘 x ，重复使用（4）式
( 0) x 3 n
1
2
{
n(n 1) (0) x n 2 4
1 (n 1)(n 2) ( 0) (0) (n ) x n n2 } 2 4
有： Ek
( 0) ) Ek(0 2 3
， ，
) Ek( 0) Ek(0 1
， （9 ）
) Ek(0) Ek(0 1
) Ek(0) Ek(0 3 3
将（7）和（9）所决定的诸值代入（3）
k
(0) k
(0) k
/
/ H k/ 2,k H nx (0) (0) ) n k (0) k( 0 3 ) E k0 E k( 0) E k E k( 0 2 ) k( 0 3
/ ( H nk )2 ( 0) (0) En n Ek
(10)
二能级量本征值修正量：按二级近似式是
Ek E
/
(0) k
H
/ kk
（11）
其中 H kk Wkk 0 ，二级修正量是个数量的和，它也用（7）式来计算，并也包括四个项：
曾谨言量子力学第五版答案
曾谨言量子力学第五版答案【篇一：量子力学第四版卷一 (曾谨言著)习题答案】量子力学的诞生1m?2x2中运动，用量子化条件求粒子能量e的可能取值。
2p?2m[e?v(x)]v()n?1,2,?,解：能量为e的粒子在谐振子势中的活动范围为 x?a（1）其中a 由下式决定：e?v(x)x?a?由此得a?1m?2a2。
?a 0 a x 22e/m?2 ，（2）x??a即为粒子运动的转折点。
有量子化条件p?得a?2a2?nh代入（ enx,y,z轴三个xxx即 px?2a?nxh（2a：一来一回为一个周期）pxnxh/2a,同理可得， py?nyh/2b, pz?nzh/2c,nx,ny,nz?1,2,3,?粒子能量enxnynz1?2?2222?(px?py?pz)?2m2m222??nxnyn?? ?2?z22??abc??nx,ny,nz?1,2,3,?1.3设一个平面转子的转动惯量为i，求能量的可能取值。
提示：利用2?2p?d??nh,n?1,2,?, p?是平面转子的角动量。
转子的能量e?p?/2i。
解：平面转子的转角（角位移）记为?。
它的角动量p??i?（广义动量），p?是运动惯量。
按量子化条件 .2?p?dx?2?p?mh,m1,2,3,因而平面转子的能量p??mh，2em?p?/2i?m2?2/2i，m?1,2,3,?1.4有一带电荷e质量m的粒子在平面内运动,b,求粒子能量允许值.,设圆半径是r,线速度是v,用高斯制单bevc又利用量子化条件,令电荷角动量转角2?pdq??mrvd??2?mrv?nh (2)12be?nmv? 22mc即 mrv?nh(3) 由(1)(2)求得电荷动能=再求运动电荷在磁场中的磁势能,按电磁学通电导体在磁场中的势能 v磁矩*场强电流*线圈面积*场强ev*?r2*b=,v是电荷的旋转频率, v?,代入前式得2?rcccbe?n(符号是正的) 2mcbe?n点电荷的总能量=动能+磁势能=e= ( n?1,2,3)2mc运动电荷的磁势能=1.5，1.6未找到答案1.7（1）试用fermat最小光程原理导出光的折射定律nsin??nsin?112（2）光的波动论的拥护者曾向光的微粒论者提出下述非难：如认为光是粒子，则其运动遵守最小作用量原理射定律0这将导得下述折nsin??nsin?1331媒质到另一种媒质e仍不变，仍有?e是粒子能量，从一种?pdl?0a到定点b的i?n设ai?n1122又ab沿界面的投影c也是常数，因而，?12存在约束条件：atg?1?btg?2?c（2）求(1)的变分,而将,12看作能独立变化的,有以下极值条件in1asec1tg1d1n2bsec2tg2d20 (3)再求（2）的变分asec22bsec1d12d2c0(3)与(4)消去d和d?1222得nsin??nsin?1(5)[乙法]见同一图,取x为变分参数,取0为原点，则有: i?n1a2?x2?n2b2?(c?x2)求此式变分,令之为零,有： ?i?x?x1a?x22(c?x)?x2(cx)22这个式子从图中几何关系得知,就是(5).(2)按前述论点光若看作微粒则粒子速度v应等于光波的群速度 vg光程原理作?,依前题相速vpc2v,而vgc2gvcn,n是折射率,n是波前阵面更引起的,vp,这样最小作用p量原理仍可以化成最小光程原理.ndl?0前一非难是将光子的传播速度v看作相速度vp的误解.1.8对高速运动的粒子(静质量m)(3).计算速度并证明它大于光速.(解)根据(3)式来组成哈氏正则方程式组:qih,本题中iqiv,p?p,因而im2c4?c2p2?v??pc2pmc?cp2422(4)从前式解出p(用v表示)即得到(2).又若将(2)代入(3),就可得到(1)式. 其次求粒子速度v和它的物质波的群速度vg间的关系.运用德氏的假设: p??k于(3)式右方, 又用e于(3)式左方,遍除h:m2c422ck??(k) 2按照波包理论，波包群速度vg是角频率丢波数的一阶导数：vg?k=m2c422ck 2c2kmc22ck224c2pmc?cp2422最后一式按照（4）式等于粒子速度v，因而又按一般的波动理论，波的相速度vgv。
量子力学习题答案(曾谨言版)
同理有
[ x, F ] i F p
P75 习题3.14
解：设lz算符的本征态为m，相应的本征值mћ ˆ dx l *l
x
m x
m
1 * ˆ ˆ ˆl ˆ ) dx m ( l y lz l z y m i 1 * ˆ ˆ * ˆ ˆ [ m l y lz m dx m lz l y m dx] i 1 * ˆ ˆ ) * l ˆ dx] [m m ly dx ( l z m z m y m i 1 * ˆ * ˆ [m m ly dx m z m m l y m dx ] 0 i 类似地可以证明 l y 0
1 2 1 ipx p e dp 常数 ( x ) 2m 2
因此(x)=(x) 非能量本征态。 (d) 任意波函数可按自由粒子的平面波函数展开：
( x, t ) C ( p) p ( x, t ) C ( p) p ( x , t )dp
p
Rnl ( r ) N nl l e 2F ( n l 1, 2l 2, )
园轨道（l = n－1）下的径向概率分布函数
n,n1 ( r ) Cr e
2 d n,n1 ( r ) 0 dr
2
2 n 2 Zr na
最概然半径 rn 由下列极值条件决定：
右边
C ( p )dp p ( x , t ) p ' * ( x , t )dx
C ( p ) ( p p ')dp C ( p ')
所以
C ( p ) p * ( x , t ) ( x , t )dx
量子力学导论习题答案(曾谨言)
第四章 力学量用算符表达与表象变换 4.1）设A 与B 为厄米算符，则()BA AB +21和()BA AB i-21也是厄米算符。
由此证明，任何一个算符F 均可分解为-++=iF F F ，+F 与-F 均为厄米算符，且()()+++-=+=F F iF F F F 21 ,21 证：ⅰ）()()()()BA AB AB BA B A A B BA AB +=+=+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡++++++21212121()BA AB +∴21为厄米算符。
ⅱ）()()()()BA AB i AB BA i B A A B i BA AB i -=--=--=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+++++21212121()BA AB i-∴21也为厄米算符。
ⅲ）令AB F =，则()BA A B AB F ===++++，且定义 ()()+++-=+=F F iF F F F 21 ,21 （1） 由ⅰ），ⅱ）得-+-+++==F F F F ,，即+F 和-F 皆为厄米算符。
则由（1）式，不难解得 -++=iF F F4.2）设),(p x F 是p x ,的整函数，证明[][]F ,F,,pi F x x i F p ∂∂=∂∂-=整函数是指),(p x F 可以展开成∑∞==,),(n m n m mnp x Cp x F 。
证： （1）先证[][]11, ,,--=-=n n m mp ni p x xmi xp 。
[][][][][][][][]()()[]()111111331332312221111,1,3,,2,,,,,------------------=---=+--==+-=++-=++-=+=m m m m m m m m m m m m m m m m m mx m i x i x i m xxp x i m x x p x i x x p x x p x x i x x p x x p x x i xx p x p x x p同理，[][][][][][]1221222111,2,,,,,--------==+=++=+=n n n n n n n n np ni ppx pi p p x p p x p p i pp x p x p p x现在，[][]()∑∑∑∞=-∞=∞=-==⎥⎦⎤⎢⎣⎡=0,1,0,,,,n m nm mnn m n m mn n m n m mn px m i C p x p C p x C p F p而 ()∑∞=--=∂∂-0,1n m n m mn p x mi C x Fi 。
量子力学曾谨严 第1章作业答案
教材P25 ~27：1、2、3、4(1)、7 1.解：(a)证明能量平均值公式()[]()⎰⎰⎰⎰⎰⎰∞∞∞∞∞⋅ψ∇ψ-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛ψψ+ψ∇⋅ψ∇=⎭⎬⎫⎩⎨⎧ψψ+ψ∇⋅ψ∇-ψ∇ψ⋅∇-=⎭⎬⎫⎩⎨⎧ψψ+ψ∇ψ-=ψ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+∇-ψ=sd r r m r r V r r r m r d r r V r r r r r m r d r r V r r r m r d r r V m r r d E)()(2)()()()()(2)()()()()()()(2)()()()()(2)()(2)(*2**23***23*2*2322*3粒子在势场中运动的波函数平方可积()0)()(2*2=⋅ψ∇ψ⎰⎰∞s d r r m因此)()()()()()(23**23r w r d r r V r r r m r d E⎰⎰∞∞=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛ψψ+ψ∇⋅ψ∇= 其中能量密度为)()()()()(2)(**2r r V r r r mr wψψ+ψ∇⋅ψ∇=(b)证明能量守恒公式S tr i t r t r i t r S r H t r r H t r S tr r V r r r V t r r t r r t r r t r r t r m tr r V r V t r t r r r t r m t w⋅-∇=∂ψ∂∂ψ∂-∂ψ∂∂ψ∂+⋅-∇=ψ∂ψ∂+ψ∂ψ∂+⋅-∇=∂ψ∂ψ+ψ∂ψ∂+⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛ψ∇∂ψ∂+ψ∇∂ψ∂-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛ψ∇∂ψ∂+ψ∇∂ψ∂⋅∇=∂ψ∂ψ+ψ∂ψ∂+⎭⎬⎫⎩⎨⎧∂ψ∂∇⋅ψ∇+ψ∇⋅∂ψ∂∇=∂∂)()()()()(ˆ)()(ˆ)()()()()()()()()()()()()()()(2)()()()()()()()(2*******22***2****2即0=⋅∇+∂∂S tw这表明能量守恒，其中能流密度为⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛ψ∇∂ψ∂+ψ∇∂ψ∂-=)()()()(2**2r t r r t r mS2.解：(a)证明概率不守恒{}{}()()⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰+⋅∇-∇-=+∇-∇⋅∇-=+∇-∇-=-=⎭⎬⎫⎩⎨⎧∂∂+∂∂==τττττττττψψψψψψψψψψψψψψψψψψψψψψψψψψψψρ2*3**2*3**32*3*22*3***3**3*33222222)ˆ(ˆ1)(V r dS d imV r dr d im V r dr d im H H r d i t t r d r d dtdr r d dt dS⎰⎰⎰⎰⎰ψψ+⋅∇-=ψψ+⋅-=τττ2*332*322V r dj r d V r d S d j S⎰=τρ)(3r r d dtd⎰⎰+⋅∇-ττψψ2*332V r dj r d即022*≠ψψ=⋅∇+∂∂V j tρ这表明概率不守恒。
量子力学曾谨言练习题答案
量子力学曾谨言练习题答案量子力学是一门研究微观粒子行为的物理学分支，它与经典力学有着根本的不同。
曾谨言教授的《量子力学》教材是许多学生和学者学习量子力学的重要参考书籍。
以下是一些量子力学练习题的答案，供参考：1. 波函数的归一化条件：波函数的归一化条件是为了保证概率的守恒。
一个归一化的波函数满足以下条件：\[ \int |\psi(x)|^2 dx = 1 \]这意味着粒子在空间中任意位置出现的概率之和等于1。
2. 薛定谔方程：薛定谔方程是量子力学中描述粒子波函数随时间演化的基本方程。
对于一个非相对论性的单粒子系统，薛定谔方程可以写为：\[ i\hbar \frac{\partial \psi}{\partial t} = -\frac{\hbar^2}{2m}\nabla^2 \psi + V\psi \]其中，\( \hbar \) 是约化普朗克常数，\( m \) 是粒子质量，\( V \) 是势能，\( \nabla^2 \) 是拉普拉斯算子。
3. 不确定性原理：海森堡不确定性原理表明，粒子的位置和动量不能同时被精确测量。
其数学表达式为：\[ \Delta x \cdot \Delta p \geq \frac{\hbar}{2} \]这里，\( \Delta x \) 和 \( \Delta p \) 分别是位置和动量的不确定性。
4. 氢原子的能级：氢原子的能级是量子化的，并且可以用以下公式表示：\[ E_n = -\frac{13.6 \text{ eV}}{n^2} \]其中，\( n \) 是主量子数，\( E_n \) 是对应于 \( n \) 能级的能级能量。
5. 泡利不相容原理：泡利不相容原理指出，一个原子中的两个电子不能具有完全相同的四个量子数。
这意味着在同一个原子中，没有两个电子可以同时具有相同的主量子数、角量子数、磁量子数和自旋量子数。
6. 量子隧道效应：量子隧道效应是指粒子在经典力学中不可能穿越的势垒下，由于量子效应，粒子有一定的概率穿越势垒。
量子力学曾谨言习题解答第三章
第三章： 一维定态问题[1]对于无限深势阱中运动的粒子（见图3-1）证明2a x =）（）（22226112πn ax x -=- 并证明当∞→n 时上述结果与经典结论一致。
[解]写出归一化波函数： ()ax n ax n πsin2=ψ （1）先计算坐标平均值：xdx axn axdx ax n axdx x aaa）（⎰⎰⎰-==ψ=222cos11sin2ππ 利用公式：2sin cos sin ppx p pxx pxdx x +-=⎰（2）得2c o s s i n c o s ppx ppxx pxdx x +-=⎰（3）22cos 22sin 221022a a x n n a a x n x n a xa x a=⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫⎝⎛-=ππππ计算均方根值用()x x x x x ，）（222-=-以知，可计算2xdx axn x adx axn x adx x xaa）（⎰⎰⎰-==ψ=2222222cos11sin2ππ 利用公式px ppx x ppx x ppxdx x sin 1cos 2sin 1cos 3222-+=⎰（5）aa x n x n a a x n n a x n a x a x222222cos 222sin 22311πππππ⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛--=222223πn aa-=()22222222223⎪⎭⎫ ⎝⎛--=-=-a n aaxx x x π）（ 2222212πn aa-=（6）在经典力学的一维无限深势阱问题中，因粒子局限在（0，a ）范围中运动，各点的几率密度看作相同，由于总几率是1，几率密度a1=ω。
210a xdx axdx x aa===⎰⎰ω31222adx x axa==⎰()22222222223⎪⎭⎫ ⎝⎛--=-=-a n aaxx x x π）（ 故当∞→n 时二者相一致。
#[2]试求在不对称势力阱中粒子的能级。
量子力学曾谨言习题解答第七章
第七章：粒子在电磁场中的运动[1]证明在磁场B中，带电粒子的速度算符的各分量，满足下述的对易关系：[]zy x cq i v v B ˆ,2μ= （1） []xz y cq i v v B ˆ,2μ= （2） []y xz cq i v v B ˆ,2μ= （3） [证明]根据正则方程组：x x p H x v ∂∂== ˆ ，Φ+⎪⎭⎫ ⎝⎛-=q A c qp H 221ˆ μ ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=x x x A c q p vˆˆ1ˆμ 同理 ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=y y y A c q p v ˆˆ1ˆμ ()z y x p p p pˆ,ˆ,ˆˆ 是正则动量，不等于机械动量，将所得结果代入（1）的等号左方： []⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=y y x xyxA c q p A c q p v v ˆˆ,ˆˆ1,2μ =[][][][]y x y x y x y x A A cq p A c q A p c qp pˆ,ˆˆ,ˆˆ,ˆˆ,ˆ122222μμμμ+-- （4） 正则动量与梯度算符相对应，即∇=ipˆ ，因此 []0ˆ,ˆ=y x p p又A ˆ仅与点的座标有关[]0ˆ,ˆ=yxA A[]z x y x y yxB c iq y A x A i c q x i A c q A x i c q v v 2222,,,μμμμ=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-∂∂⋅=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-⎪⎭⎫⎝⎛∂∂-= （因A B ⨯∇=ˆˆ）其余二式依轮换对称写出。
[2]利用上述对易式，求出均匀磁场中，带电粒子能量的本征值（取磁场方向为Z 轴方向） （解）设磁场沿Z 轴方向，B B B B z y x ===00矢势A ˆ 的一种可能情形是022=-=-=z y x A x B A y BA在本题的情形，哈密顿算符是：（前题）{})2(2)1(2221ˆ222222z y x z y x v v v p x c qB p y c qB p H ++=⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧+⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎪⎭⎫ ⎝⎛+=μμ速度算符间的对易式是：()()())5(0,)4(0,)3(,2===x z zyyxv v v v B ci q v v μ 根据（54⨯），z v 分别和x v ，y v 对易，因此z v 与22yx v v +对易，而： ()2212ˆyx v v H +=μ 与22ˆ2ˆx v H μ=有共同的本征函数，H ˆ的本征值是21ˆ,ˆH H 本征值之和。
曾谨言《量子力学导论》习题解答
曾谨言《量子力学导论》习题解答曾谨言《量子力学导论》习题解答第三章一维定态问题3.1)设粒子处在二维无限深势阱中，,,,,0, 0xa,0yb,V(x,y), ,,, 其余区域,a,b求粒子的能量本征值和本征波函数。
如，能级的简并度如何,解:能量的本征值和本征函数为2222nn,,yx(，)E, nn22xy2mabny,nx,2yx,sinsin, n,n,1,2,？ ,nnxyxyabab22,,22a,bE,(n，n)若，则 nnxy2xy2many,nx,2yx,sinsin ,nnxyaaan,10,n,5这时，若n,n，则能级不简并;若n,n，则能级一般是二度简并的(有偶然简并情况，如xyxyxy''n,11,n,2与) xy3.2)设粒子限制在矩形匣子中运动，即,,,,,,0, 0xa,0yb,0zc,,V(x,y,z) ,,, 其余区域,a,b,c求粒子的能量本征值和本征波函数。
如，讨论能级的简并度。
解:能量本征值和本征波函数为22222nnn,,yxzE, ,(，，)222nnnm2abcxyzny,nxnz,,8yxz,sinsinsin,,nnn abcabcxyzn,n,n,1,2,3,？xyza,b,c当时，22,,222 E,(n，n，n)xyz2nnn2maxyz32ny,nxny,,2,,yxz ,sinsinsin,,,nnnaaaaxyz,,n,n,n时，能级不简并; xyzn,n,n三者中有二者相等，而第三者不等时，能级一般为三重简并的。
xyz 三者皆不相等时，能级一般为6度简并的。
n,n,nxyz 222222,5，6，8,3，4，10(1,7,9),(1,3,11)如,22222210，12，16,6，8，20(1,5,10),(3,6,9),3.3)设粒子处在一维无限深方势阱中，0, 0,x,a,V(x,y), ,,, x,0,x,a,证明处于定态的粒子 ,(x)n2aa62x,,,, (x-x)(1) 22212n,讨论的情况，并于经典力学计算结果相比较。
曾谨严量子力学习题解答6
4.《曾 p.644-练习7》 有一个一维非简并谐振子,
h2 d 2 H = + λ x4 2m dx 2
假设非简并谐振子处于基态,试用简并谐振子的波函数
ψ 0 ( x) =
为试探波函数, α 为变分参数,求基态能量. 解:由题意已知试探波函数为:
H (α ) = ∫ ψ Hψ dx
+∞ ∞
1 exp α 2 x 2 π 1/ 4 2 a
ψ 200 = R20 (r )Y00 , ψ 210 = R21 (r )Y10 ,
Y00 = 1 4π
ψ 211 = R21 (r )Y11 ψ 211 = R21 (r )Y11
⑵
Y10 =
3 3 z cos θ = 4π 4π r
Y11 =
3 3 x + iy sin θ ei = 8π 8π r
1 6
将 α 代回 H 求得,
Emin = H min h 1 3 h 3 = λ ≈ 1.082 λ 4 2m 2m
2 1 3 2 4 3 2 3 2 3
5.《曾 p.645-练习8》 设氢原子的基态试探波函数取为:
2 ψ ( λ , r ) = N exp λ ( r / a ) ,
3.《曾 P.534-14》 《曾练习 P.307》 讨论类氢原子的 n = 2 能级在下列微扰下的能级分裂，
H ′ = xyf (r )
（ f (r ) 无奇异性）
⑴
H 提示：不计及微扰时， = 2 能级为四重简并（不考虑自旋）。 ′ 选择定则 n
Δm = ±2.
( 解：在微扰作用前，能级E 20 ) 是四重简并的，相应状态为
2
2Z e R 4 ZR ( 0) = = E1s 3 5 a0 5 a0
曾谨言量子力学习题解答 第七章
前式第一个积分可重复用（7）式，得：
v e
iqf c
ˆ f d e p
iqf c
q c
q ˆ A f d c
ˆq p c
A d v
第七章：粒子在电磁场中的运动
[1]证明在磁场 B 中，带电粒子的速度算符的各分量，满足下述的对易关系： iq ˆ （1） vx , v y 2 B z c iq ˆ （2） v y , vz 2 B x c iq ˆ （3） By v z , vx 2c
2
速度算符间的对易式是：
v z , v x 0
v , v qi B c v , v 0
x y 2 y z
， v z 分别和 vx ， v y 对易，因此 v z 与 v x v y 对易，而： 根据（ 4 5 ）
2
ˆ v2 v2 H 1 x y 2
ˆ （15） 题， （6） 式中的 H 维） 的能量算符和一个角动量分量算符之和， 按 7.2 和前一章的第
本征值是
E k m 2 p 1 m 2k 1 k 0,1,2,3,
（7）
ˆ 又H 2
1 2 ˆ x 这个能量算符的本征值是可以连续取值的，它和沿 z 轴作自由运动的粒子 p 2
iqf iqf iqf c c e e e c
又设变换后儿率流密度是 j ，将（4）代入（2）式右方，同时又代入
A A f r , t
iqf iqf iqf iqf iqf iqf q 1 c c c c c c , j e p e e e A f r t e e 2 c
量子力学曾谨言习题解答第四章
（1） 的可能测值及其平均值。
（2） 的可能测值及相应的几率。
（3） ，的可能测值。
（解）（1）按照习惯的表示法 表示角量子数为 ，磁量子数m的， 的共同本征函数，题材给的状态是一种 的非本征态，在此态中去测量 都只有不确定，下面假定
从
看出，当体系处在 态时， 的测值 ，处在 态时， 的测值为零。
=
=
（13）
两种计算的结果相同，因而题给的结果相同，因而题给的公式得到证实。
[11]设F(x，p)是xk，pk的整函数，证明：⑴⑵ຫໍສະໝຸດ 整函数是指 ， 是数值系数
[证明]本题照题给的表示式应当是三维的算符，其展开形式：
先证第一式
⑴
最后一式曲括号内第一项为 时为0，因为座标不同， 时
第二对易式 任何情形是零，因而⑴改写成：
（6）
这三组角依此对应于本征值（自大到小） 用座标表象时:
(7)
再考查 时 的本征函数，这种情形下的座标表象的本征方程式是
也不容易求解，而必须化成角动量表象（ ）的本征方程式，是矩阵的：
（8）
再附加上各个系数的归一化条件如下：
（9）
解（8）和（9），得到本征值五种
角动量表象的本征函数（本征矢）共有五个，分别和以上五种本征值对应：（注意：这些本征矢仍和 的情形一样，是先用久期方程式求解五个本征值，再逐个地代入（8）所表示的五个关于 的线性方程式的归一化条件（9）才能得到的）
第四章：力学量用算符表示
[1]设 是 的可微函数，证明下述各式：[一维算符]
（1）
（证明）根据题给的对易式及
（2）
（证明）同前一论题
（3）
[证明]同前一题论据：
曾谨言量子力学习题解答第八章
曾谨言量子力学习题解答第八章曾谨言量子力学习题解答第八章：自旋x表象中，求x的本征态在（解）设泡利算符，x，的共同本征函数组是：x1 sz 和x2122sz （1）x的本征函数，但它们构成一个完整或者简单地记作和，因为这两个波函数并不是x的本征函数可表系，所以任何自旋态都能用这两个本征函数的线性式表示（叠加原理），示：c1 c2(2)x的本征值，则x的本征方程式是：c1,c2待定常数，又设x (3)将（2）代入（3）：x c1 c2 c1 c2 (4)z表象基矢的运算法则是：x对根据本章问题6（P．264），x xx的本征矢（2）是归一花的，将（5）代入（4）此外又假设：c1 c1 c1 c2比较, 的系数（这二者线性不相关），再加的归一化条件，有：c1 c2 (6a)c2 c1 (6b)c2 c2 1 (6c)2 1前二式得1，即1，或1当时1，代入（6a）得c1 c2,再代入(6c)，得：c1212ei c212ei曾谨言量子力学习题解答是任意的相位因子。
当时1，代入（6a）得c1 c2代入(6c)，得：c112ei c212eix的本征函数：最后得x1ei 2ei ( ) 对应本征值1x2( ) 对应本征值-12x 共同表象中，采用sz作自变量时，既是坐标表以上是利用寻常的波函数表示法，但在象，同时又是角动量表象。
可用矩阵表示算符和本征矢。
c1 1 0（7）0 1 c2x的矩阵已证明是01 x10x的矩阵式本征方程式是：因此c1 01 c1 c （8）c 01 2 2x本征矢的矩阵形式是：其余步骤与坐标表象的方法相同，ei 1 ei 1x1 1 x2 12 2在z表象中，求n的本征态，n(sincos ,sin sin ,cos )是( , )方向的单位矢。
（解）方法类似前题，设n算符的本征矢是：x c1 c2 (1)曾谨言量子力学习题解答它的本征值是。
又将题给的算符展开：x sin sin y cos z (2) n sin cosy cos z c1 c2 c1 c2 (3) sin sin2写出本征方程式：sin cosxy对z 的共同本征矢，，运算法则是x, 根据问题（6）的结论，xx ，y i ，，z ，z （4）y i ，将这些代入（3），集项后，对此两边，的系数：cos c1 (sin cos isin sin ) c1（5）(sin cos isin sin ) cos c2 c2(cos )c1 sin e i c2 0或（6）isin e c1 (cos )c2 0（6）具有非平凡解（平凡解c1 0 ，c2 0）条件是久期方程式为零，即cos sin eisin e icos0它的解2 1 （7）1 时，代入（6）得：c2 tg2ei c1 （8）22（1）的归一化条件是：c1将（8）代入（9），得：c1 e i( )c21cos c2 ei sin22归一化本征函数是：1 e i e i cos sin （10）221时，c1,c2的关系是：c2 ctg2e i c1归一化本征函数是：曾谨言量子力学习题解答2 ei e i sin cos （11）22是任意的相位因子。
曾谨严量子力学习题解答5
⑵
由归一化条件 ψ +ψ = 1, 即
(a
b)
⎛ ⎜ ⎝
a b
⎞ ⎟ ⎠
=
1
a2 + b2 =1
⑶
由⑵、⑶可解得: a = b = 1 2
∴σ x
的本征态为 ψ + =
1 ⎛1⎞ 2 ⎜⎝1⎟⎠
当 λ = −1 时,带入方程⑴式,可得:
⎛ +1
⎜ ⎝
1
1⎞ 1⎟⎠
⎛ ⎜ ⎝
a b
⎞ ⎟ ⎠
=
0
∴a = −b
Ay Bz − Ay Bz
+iσ y ( Az Bx − Ax Bz )
( ) ( ) ( ) =
r A
⋅
r B
+
iσ
z
( ) =
r A
⋅
r B
+
iσr
⋅
Ar ×
r B
rr
z
+ iσ x
A× B
Ar ×
r B
x
+ iσ y
Ar ×
r B
y
证毕。
2. 《曾 p.401-练习7》
令
( ) σ ±
=
1 2
⎥ ⎦
1 ⎡nx − iny ⎤
2(1− nz ) ⎢⎣ 1− nz ⎥⎦
⑼
如
nr
=
(0, 0,1),
取
φ−1
=
⎡0⎤ ⎢⎣1⎥⎦ ;
如
nr
=
(0, 0, −1),
取
φ−1
=
⎡1⎤ ⎢⎣0⎥⎦
6.《曾 p.442-练习9》
(a) 设电子处于自旋态 χ1/2 (σ z = 1), 求 σ n = σr ⋅ nr 的可能测得值及相应的概率,
曾谨严量子力学习题解答2
1 [ϕ1 (x ) + ϕ 2 (x )] 2 1 1 ⎡ϕ1 ( x ) e − iE1t / h + ϕ 2 ( x ) e − iE2t / h ⎤ ⎡ϕ1 ( x, t ) + ϕ 2 ( x, t ) ⎤ = 则有：ϕ ( x, t ) = ⎣ ⎦ ⎦ 2⎣ 2 (2)求 x (t ) = ?
⎧ ⎛ nπ pa ⎞ ⎛ nπ pa ⎞ ⎫ a sin ⎜ − + ⎛ nπ pa ⎞ sin ⎜ ⎟ ⎟ i⎜ − ⎟ ⎪ n +1 ⎪ ⎝ 2 2h ⎠ ⎪ 2 2h ⎠ ⎪ ⎝ = π h e ⎝ 2 2h ⎠ ⎨ + ( −1) nπ pa nπ pa ⎬ 2i ⎪ ⎪ − + 2 2h 2 2h ⎭ ⎪ ⎪ ⎩
3. 《曾 P.163-5》 一维无限深势阱（如右图）中的粒子，设处于 ϕ n ( x ) 态。求其动量分布概率。当 n >> 1 时， 与经典粒子运动比较。 解：利用已知解：
⎧ 2 nπ x sin , ⎪ ϕn ( x ) = ⎨ a a ⎪0, ⎩
V ( x)
0
a
(0 < x < a) ( x < 0, x > a )
∗
5π 2 h 2 5 1 = = E1 = ( E1 + E2 ) 2ma 2 2 2
2 （4）求 H = ?
H = ∫ ϕ ∗ ( x ) H 2ϕ ( x )dx
2 −∞
+∞
=∫
+∞
−∞ a
1 1 ⎡ϕ1 ( x ) + ϕ 2 ( x ) ⎤ ⋅ H 2 ⋅ ⎡ϕ1 ( x ) + ϕ 2 ( x ) ⎤ dx ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ 2 2
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
曾谨言量子力学第五版答案【篇一：量子力学第四版卷一 (曾谨言著)习题答案】量子力学的诞生1m?2x2中运动，用量子化条件求粒子能量e的可能取值。
2p?2m[e?v(x)]v()n?1,2,?,解：能量为e的粒子在谐振子势中的活动范围为 x?a（1）其中a 由下式决定：e?v(x)x?a?由此得a?1m?2a2。
?a 0 a x 22e/m?2 ，（2）x??a即为粒子运动的转折点。
有量子化条件p?得a?2a2?nh代入（ enx,y,z轴三个xxx即 px?2a?nxh（2a：一来一回为一个周期）pxnxh/2a,同理可得， py?nyh/2b, pz?nzh/2c,nx,ny,nz?1,2,3,?粒子能量enxnynz1?2?2222?(px?py?pz)?2m2m222??nxnyn?? ?2?z22??abc??nx,ny,nz?1,2,3,?1.3设一个平面转子的转动惯量为i，求能量的可能取值。
提示：利用2?2p?d??nh,n?1,2,?, p?是平面转子的角动量。
转子的能量e?p?/2i。
解：平面转子的转角（角位移）记为?。
它的角动量p??i?（广义动量），p?是运动惯量。
按量子化条件 .2?p?dx?2?p?mh,m1,2,3,因而平面转子的能量p??mh，2em?p?/2i?m2?2/2i，m?1,2,3,?1.4有一带电荷e质量m的粒子在平面内运动,b,求粒子能量允许值.,设圆半径是r,线速度是v,用高斯制单bevc又利用量子化条件,令电荷角动量转角2?pdq??mrvd??2?mrv?nh (2)12be?nmv? 22mc即 mrv?nh(3) 由(1)(2)求得电荷动能=再求运动电荷在磁场中的磁势能,按电磁学通电导体在磁场中的势能 v磁矩*场强电流*线圈面积*场强ev*?r2*b=,v是电荷的旋转频率, v?,代入前式得2?rcccbe?n(符号是正的) 2mcbe?n点电荷的总能量=动能+磁势能=e= ( n?1,2,3)2mc运动电荷的磁势能=1.5，1.6未找到答案1.7（1）试用fermat最小光程原理导出光的折射定律nsin??nsin?112（2）光的波动论的拥护者曾向光的微粒论者提出下述非难：如认为光是粒子，则其运动遵守最小作用量原理射定律0这将导得下述折nsin??nsin?1331媒质到另一种媒质e仍不变，仍有?e是粒子能量，从一种?pdl?0a到定点b的i?n设ai?n1122又ab沿界面的投影c也是常数，因而，?12存在约束条件：atg?1?btg?2?c（2）求(1)的变分,而将,12看作能独立变化的,有以下极值条件in1asec1tg1d1n2bsec2tg2d20 (3)再求（2）的变分asec22bsec1d12d2c0(3)与(4)消去d和d?1222得nsin??nsin?1(5)[乙法]见同一图,取x为变分参数,取0为原点，则有: i?n1a2?x2?n2b2?(c?x2)求此式变分,令之为零,有： ?i?x?x1a?x22(c?x)?x2(cx)22这个式子从图中几何关系得知,就是(5).(2)按前述论点光若看作微粒则粒子速度v应等于光波的群速度 vg光程原理作?,依前题相速vpc2v,而vgc2gvcn,n是折射率,n是波前阵面更引起的,vp,这样最小作用p量原理仍可以化成最小光程原理.ndl?0前一非难是将光子的传播速度v看作相速度vp的误解.1.8对高速运动的粒子(静质量m)(3).计算速度并证明它大于光速.(解)根据(3)式来组成哈氏正则方程式组:qih,本题中iqiv,p?p,因而im2c4?c2p2?v??pc2pmc?cp2422(4)从前式解出p(用v表示)即得到(2).又若将(2)代入(3),就可得到(1)式. 其次求粒子速度v和它的物质波的群速度vg间的关系.运用德氏的假设: p??k于(3)式右方, 又用e于(3)式左方,遍除h:m2c422ck??(k) 2按照波包理论，波包群速度vg是角频率丢波数的一阶导数：vg?k=m2c422ck 2c2kmc22ck224c2pmc?cp2422最后一式按照（4）式等于粒子速度v，因而又按一般的波动理论，波的相速度vgv。
vg是由下式规定vpk（?是频率）利用（5）式得知m2c42??c?c （6）vp?2k2e?p补充：1.1设质量为m的粒子在一维无限深势阱中运动，,x?0,x?av(x)??0,0?x?a?试用de broglie的驻波条件，求粒子能量的可能取值。
【篇二：《量子力学导论》习题答案(曾谨言版,北京大学)1】/p> ??,x?0,x?a1.1设质量为m的粒子在一维无限深势阱中运动， v(x)??0,0?x?a?试用de broglie的驻波条件，求粒子能量的可能取值。
解：据驻波条件，有 a?n?2(n?1,2,3,?)2a/n （1）又据de broglie关系 p?h/?（2）而能量e?p2/2m??2/2m?2h2n2?2?2n22m?4a22ma2n1,2,3,（3）1.2设粒子限制在长、宽、高分别为a,b,c的箱内运动，试用量子化条件求粒子能量的可能取值。
解：除了与箱壁碰撞外，粒子在箱内作自由运动。
假设粒子与箱壁碰撞不引起内部激发，则碰撞为弹性碰撞。
动量大小不改变，仅方向反向。
选箱的长、宽、高三个方向为x,y,z轴方向，把粒子沿x,y,z轴三个方向的运动分开处理。
利用量子化条件，对于x方向，有pxdxnxh,nx1,2,3,即 px?2a?nxh（2a：一来一回为一个周期）pxnxh/2a,同理可得， py?nyh/2b, pz?nzh/2c,nx,ny,nz?1,2,3,?粒子能量 enxnynz1?2?2222?(px?py?pz)?2m2mnx,ny,nz?1,2,3,?222??nxnynza2b2c21.3设质量为m的粒子在谐振子势v(x)? 提示：利用 p?dx?nh,1m?2x2中运动，用量子化条件求粒子能量e的可能取值。
2p?2m[e?v(x)]v()n?1,2,?,解：能量为e的粒子在谐振子势中的活动范围为 x?a（1）其中a由下式决定：e?v(x)x?a?由此得a?1m?2a2。
?a 0ax 22e/m?2 ，（2）x??a即为粒子运动的转折点。
有量子化条件p?dx?2?dx2ma2m?a2?得a?22ma2nhnh2?n（3） m??m?代入（2），解出 en?n??,n?1,2,3,?（4）ua2u22a?udu?a?u?arcsin?c22a22积分公式：2?1.4设一个平面转子的转动惯量为i，求能量的可能取值。
提示：利用2p?d??nh,n?1,2,?, p?是平面转子的角动量。
转子的能量e?p?/2i。
解：平面转子的转角（角位移）记为?。
它的角动量p??i?（广义动量），p?是运动惯量。
按量子化条件 .2?p?dx?2?p?mh,m1,2,3,因而平面转子的能量p??mh，2em?p?/2i?m2?2/2i，m?1,2,3,?第二章波函数与schr?dinger方程2.1设质量为m的粒子在势场v(r?)中运动。
（a）证明粒子的能量平均值为 e??d3r??，22m*?*v?（能量密度）（b）证明能量守恒公式 ?w?ts?0???2???*s?2m*tt???（能流密度） ?证：（a）粒子的能量平均值为（设?已归一化）2e?*2?2m??vd3r?t?v（1）v??d3r?*v?（势能平均值）（2）t??d3r?*22?2m(动能平均值) 22md3r**其中t的第一项可化为面积分，而在无穷远处归一化的波函数必然为0。
?2t?2md3r*（3）结合式（1）、（2）和（3），可知能量密度22m*?*v?, （4）且能量平均值 e??d3r?? 。
（b）由（4）式，得2...t2m*?v???*v????t?t??tt2?.2m.*?.?.22*?.t?t???tt??v???*vt?t.2???.s???22?*?t???2m?2vt2mvs?e???.???.*t???t??因此s?e? （? ：几率密度）ts （定态波函数，几率密度?不随时间改变）所以ws?0 。
?t2.2考虑单粒子的schr?dinger方程22?i??r,tr,t???v1?r??iv2?r????r,t?（1） ?t2mv1与v2为实函数。
（a）证明粒子的几率（粒子数）不守恒。
（b）证明粒子在空间体积?内的几率随时间的变化为2v2d3***drds??????dt?2ims?3*dr?? ???证：（a）式（1）取复共轭，得*22*v1?iv2??* （2） ?it2m*（1）-??（2）,得*2*2i2?*?2i?*v2??t2m2**?2iv2?*?2m2v?*?*??????*??2??*??（3） ?t2im?2v2j0 ，即 ?t?此即几率不守恒的微分表达式。
（b）式（3）对空间体积?积分，得23***33*dr?dr?drv2?t?2im 2**3*ds?drv??2???2ims??上式右边第一项代表单位时间内粒子经过表面进入体积?的几率（j?ds ），而第二项代表体积?中“产生”的几率，这一项表征几率（或粒子数）不守恒。
2.3 设?1和?2是schr?dinger方程的两个解，证明d?*?3dr?r,t?r,t??0。
12dt?1??22证： ?iv?1（1） t?2m?2??22iv2（2） t?2m?取（1）之复共轭： ?i*1?t??22*2mv12（3）??*1?（2）,得i2*2*t122m2*11?2?2?对全空间积分：id3*2dtdr32**21?r,t??2?r,t?2mdr211223*2mdr21*122*1*12??2d3r*2m21*1222m**?2112ds0，（无穷远边界面上，?1,?2?0）即 ddt d3r*1r,.t??2r,t?0。
2.4）设一维自由粒子的初态??x,0??eip0x/?，求??x,t?。
i??解： ??x,t??e?pp2?0x02mt/2.5 设一维自由粒子的初态??x,0x?，求?x,t?2。
提示：利用积分公式cos2d2d2sin?（3）【篇三：量子力学曾谨言第五版第三章讲课稿(知识点)】>1、一维运动问题的一般分析(general analysis for 1d problems)一、一维定态薛定谔方程的解的一般性质(general properties of solutions of stationary 1d schr?dinger equation ) 考虑质量为m的粒子在势场v(x)中运动，薛定谔方程为22d?(x)v(x)是哈密顿量。