量子力学复习提纲
高等量子力学复习纲要
高等量子力学复习纲要2012级硕士生高等量子力学期末考试复习纲要 1. 会证明矢量空间中矢量的一些基本运算性质和定理;由右矢空间中矢量的关系证明左矢空间中相应的关系;有限维空间中各种不同的完全集所含矢量数目相同。
2. 会利用Schmidt正交化方法构造基矢;会利用直积基矢来展开波函数。
3. 会证明一些重要的公式与定理，比如:算符有逆定理;Glauber公式;厄米算符的性质定理;幺正算符的性质定理;投影算符的性质;本征矢量的完全集等。
定理4. 会证明幺正变换不改变矢量和算符的关系式;有逆算符不改变矢量的相关性。
5. 掌握量子力学的五个基本原理。
6. 会利用Levi-Civita符号及算符的基本对易关系证明角动量算符各分量与其它算符各分量的对易关系。
7. 会利用作用在位置和动量本征矢量上的升降算符的定义证明动量算符的本征矢量在坐标表象中的表示。
8. 会利用角动量的升降算符讨论对给定的角量子数j相应磁量子数m的取值范围;利用轨道角动量的本征函数所满足的本征值方程求解。
Y(,,,)Y(,,,)lm009. 试述绘景变换与表象变换的关系;三种绘景的区别和联系;会证明Heisenber方程;相互作用绘景中态矢量和算符所满足的方程。
10. 试给出薛定谔绘景中密度算符的表达式，并由此推导Liouville方程;会证明密度算符是厄米算符。
11. 会判断纯态和混合态;会由态的密度矩阵求力学量的平均值或者相反;会由不正交参与态构成的混合态构造正交参与态构成的混合态。
12. 能写出真空和电磁场中电子的所满足的Dirac方程及其协变形式;给出其中各物理量的含义;给出并证明自由电子体系的守恒量;会说明为何自由电子的哈密顿的本征矢量为何是高度简并的。
13. 会推导位置算符和动量算符在空间反演下的变换性质;能写出空间平移和空间转动算符的形式;会区分标量和矢量算符;会区分真标量和赝标量以及真矢量和轴矢量算符。
14. 理解系统在某一空间对称变换下具有不变性的含义，能写出系统在空间变换Q下具有不变性的明确数学表达式。
量子力学复习提纲
量⼦⼒学复习提纲`2010级材料物理专业《量⼦⼒学》复习提纲要点之⼀1. 19世纪末到20世纪初，经典物理学在解释⿊体辐射、光电效应、原⼦的光谱线系和固体的低温⽐热等实验结果时遇到了严重的困难，揭露经典物理学的局限性。
2. 普朗克提出“ 能量⼦ ”（内容是能量单位hv?）的假设，解决了⿊体辐射问题；爱因斯坦在普朗克“ 能量⼦ ”假设的启发下，提出了“光量⼦” （内容是以速度c 在空间运动的粒⼦?）的假设，成功解释了光电效应现象。
爱因斯坦的的光量⼦理论1924年被康普顿效应（内容是散射光中除了有原波长λ0的x 光外，还产⽣了波长λ>λ0 的x 光，其波长的增量随散射⾓的不同⽽变化。
这种现象称为康普顿效应(Compton Effect)?）证实，被物理学界接受。
3. 德布罗意在光的波粒⼆象性的启⽰下，提出⼀切微观粒⼦（原⼦、电⼦、质⼦等）也具有波粒⼆象性的假说，在⼀定条件下，表现出粒⼦性，在另⼀些条件下体现出波动性。
德布罗意的假说的正确性，在1927年为戴维孙（Davission ）和⾰末（Germer ）所做的电⼦衍射实验所证实。
4. 描述光的粒⼦性的能量E 和动量P与描述其波动性的频率ν波⽮K由 Planck- Einstein ⽅程联系起来，即：ων ==h E （其中的各物理量的意义？）。
5. 描述微观粒⼦（如原⼦、电⼦、质⼦等）粒⼦性的物理量为能量E 和动量P，描述其波动性的物理量为频率ν（或⾓频率ω）和波长λ，它们间的关系可⽤德布罗意关系式表⽰，即：ων ==h E（其中的各物理量的意义）；。
7. 正⽐例，即描写粒⼦的波可认为是⼏率波，反映了微观粒⼦运动的统计规律。
8. 波函数在全空间每⼀点应满⾜单值、有限、连续三个条件，该条件称为波函数的标准条件。
8. 通常将在⽆穷远处为零的波函数所描写的状态称为束缚态，属于不同能级的束缚定态波函数彼此正交，可表⽰为)(0*n m dx n m ≠=?ψψ。
《量子力学》复习资料提纲
)(Et r p i p Ae-⋅=ρϖηϖψ《量子力学》复习 提纲一、基本假设 1、（1）微观粒子状态的描述 （2）波函数具有什么样的特性 （3）波函数的统计解释2、态叠加原理（说明了经典和量子的区别）3、波函数随时间变化所满足的方程 薛定谔方程4、量子力学中力学量与算符之间的关系5、自旋的基本假设 二、三个实验1、康普顿散射（证明了光子具有粒子性） 第一章2、戴维逊-革末实验（证明了电子具有波动性） 第三章3、史特恩-盖拉赫实验（证明了电子自旋） 第七章 三、证明1、粒子处于定态时几率、几率流密度为什么不随时间变化；2、厄密算符的本征值为实数；3、力学量算符的本征函数在非简并情况下正交；4、力学量算符的本征函数组成完全系；5、量子力学测不准关系的证明；6、常见力学量算符之间对易的证明；7、泡利算符的形成。
四、表象算符在其自身的表象中的矩阵是对角矩阵。
五、计算1、力学量、平均值、几率；2、会解简单的薛定谔方程。
第一章 绪论1、德布洛意假设： 德布洛意关系：戴维孙-革末电子衍射实验的结果： 2、德布洛意平面波：3、光的波动性和粒子性的实验证据：4、光电效应：5、康普顿散射： 附：（1）康普顿散射证明了光具有粒子性（2）戴维逊-革末实验证明了电子具有波动性∑=nnn c ψψ1d 2=⎰τψ（全）()ψψψψμ∇-∇2=**ηϖi j ⎩⎨⎧≥≤∞<<=ax x a x x V 或0,0,0)(0=⋅∇+∂∂j tϖρ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+∇-=),(222t r V H ϖημ)(,)(),(r er t r n tE i n n n ϖϖϖηψψψ-=n n n E H ψψ=（3）史特恩-盖拉赫实验证明了电子自旋第二章 波函数和薛定谔方程1．量子力学中用波函数描写微观体系的状态。
2．波函数统计解释：若粒子的状态用()t r ,ρψ描写，τψτψψd d 2*=表示在t 时刻，空间r ρ处体积元τd 内找到粒子的几率（设ψ是归一化的）。
量子力学期末复习资料教学提纲
简答第一章 绪论什么是光电效应？爱因斯坦解释光电效应的公式。
答：光的照射下，金属中的电子吸收光能而逸出金属表面的现象。
这些逸出的电子被称为光电子用来解释光电效应的爱因斯坦公式：221mv A h +=ν第二章 波函数和薛定谔方程1、如果1ψ和2ψ是体系的可能状态，那么它们的线性迭加：2211ψψψc c +=（1c ，2c 是复数）也是这个体系的一个可能状态。
答，由态叠加原理知此判断正确4、（1）如果1ψ和2ψ是体系的可能状态，那么它们的线性迭加：2211ψψψc c += （1c ，2c 是复数）是这个体系的一个可能状态吗？（2）如果1ψ和2ψ是能量的本征态，它们的线性迭加：2211ψψψc c +=还是能量本征态吗？为什么？答：(1)是（2）不一定，如果1ψ，2ψ对应的能量本征值相等，则2211ψψψc c +=还是能量的本征态，否则，如果1ψ，2ψ对应的能量本征值不相等，则2211ψψψc c +=不是能量的本征态1、 经典波和量子力学中的几率波有什么本质区别？答：1）经典波描述某物理量在空间分布的周期性变化，而几率波描述微观粒子某力学量的几率分布；（2）经典波的波幅增大一倍，相应波动能量为原来的四倍，变成另一状态，而微观粒子在空间出现的几率只决定于波函数在空间各点的相对强度，几率波的波幅增大一倍不影响粒子在空间出现的几率，即将波函数乘上一个常数，所描述的粒子状态并不改变；6、若)(1x ψ是归一化的波函数， 问： )(1x ψ， 1)()(12≠=c x c x ψψ )()(13x e x i ψψδ= δ为任意实数是否描述同一态？分别写出它们的位置几率密度公式。
答：是描述同一状态。
)()()()(1*1211x x x x W ψψψ== 212*22*22)()()()()()(x x x dx x x x W ψψψψψ==⎰ 213*33)()()()(x x x x W ψψψ==第三章 量子力学中的力学量2能量的本征态的叠加一定还是能量本征态。
量子力学复习题
量⼦⼒学复习题《量⼦⼒学》考试⼤纲第⼀章绪论1．了解光的波粒⼆象性的主要实验事实；2．掌握德布罗意关于微观粒⼦的波粒⼆象性的假设。
第⼆章波函数和薛定谔⽅程1.理解量⼦⼒学与经典⼒学在关于描写微观粒⼦运动状态及其运动规律时的不同观念。
2.掌握波函数的标准化条件：有限性、连续性、单值性．3.掌握态叠加原理以及任何波函数Ψ(x ，t)按不同动量的平⾯波展开的⽅法及其物理意义．4.了解薛定谔⽅程的建⽴过程以及它在量⼦⼒学中的地位；薛定谔⽅程和定态薛定谔⽅程的关系；波函数和定态波函数的关系；束缚定态的主要性质.5.对于求解⼀维薛定谔⽅程，应掌握边界条件的确定和处理⽅法．6.关于⼀维定态问题要求如下：（1）掌握⼀维⽆限深势阱的求解⽅法及其物理讨论；（2）掌握⼀维谐振⼦的能谱及其定态波函数的⼀般特点；（3）了解势垒贯穿的讨论⽅法及其对隧道效应的解释．第三章⼒学量⽤算符表达1.掌握算符的本征值和本征⽅程的基本概念；厄⽶算符的本征值必为实数；坐标算符和动量算符以及量⼦⼒学中⼀切可观察的⼒学量所对应的算符均为厄⽶算符．2.掌握有关动量算符和⾓动量算符的本征值和本征函数，它们的归⼀性和正交性的表达形式，以及与这些算符有关的算符运算的对易关系式．3.电⼦在正点电荷库仑场中的运动提供了三维中⼼⼒场下薛定谔⽅程求解的范例，学⽣应由此了解⼀般三维中⼼⼒场下求解薛定谔⽅程的基本步骤和⽅法，特别是分离变量法．4.掌握⼒学量平均值的计算⽅法．将体系的状态波函数Ψ(x)按算符F的本征函数展开是这些⽅法中常⽤的⽅法之⼀，应掌握这⼀⽅法计算⼒学量的可能值、概率和平均值．理解在什么状态下⼒学量F具有确定值以及在什么条件下，两个⼒学量G F和同时具有确定值． 5.掌握不确定关系并应⽤这⼀关系来估算⼀些体系的基态能量．6.掌握如何根据体系的哈密顿算符来判断该体系中可能存在的守恒量如：能量、动量、⾓动量、宇称等．四．态和⼒学量的表象1.理解⼒学量所对应的算符在具体的表象下可以⽤矩阵来表⽰；厄⽶算符与厄⽶矩阵相对应；⼒学量算符在⾃⾝表象下为⼀对⾓矩阵；2.掌握量⼦⼒学公式的矩阵形式及求解本征值、本征⽮的矩阵⽅法．3.掌握狄拉克符号并了解占有数表象五．微扰理论1.了解定态微扰论的适⽤范围和条件：4.掌握变分法的基本应⽤；5.关于与时间有关的微扰论要求如下：（1）了解由初态i ? 跃迁到末态f ?的概率表达式，特别是常微扰和周期性微扰下的表达式；（2）理解由微扰矩阵元H fi ≠0可以确定选择定则；（3）理解能量与时间之间的不确定关系：ΔE Δt ∽（4）理解光的发射与吸收的爱因斯坦系数以及原⼦内电⼦由i ?态跃迁到f态的辐射强度均与矩阵元fi r 的模平⽅∣fi r∣2 成正⽐，由此可以确定偶极跃迁中⾓量⼦数和磁量⼦数的选择定则．6.了解氢原⼦⼀级斯塔克效应及其解释．七．⾃旋和全同粒⼦1.了解斯特恩—格拉赫实验．电⼦⾃旋回转磁⽐率与轨道回转磁⽐率．2.掌握⾃旋算符的对易关系和⾃旋算符的矩阵形式(泡利矩阵)．与⾃旋相联系的测量值、概率、平均值等的计算以及本征值⽅程和本征函数的求解⽅法．3.了解简单塞曼效应的物理机制．4.了解L-S 藕合的概念及碱⾦属原⼦光谱双线结构和物理解释．5.掌握量⼦⼒学的全同性原理，多体全同粒⼦波函数有对称和反对称之分．掌握玻⾊⼦体系多体波函数取交换对称形式，费⽶⼦体系取交换反对称形式，以及费⽶⼦服从泡利不相容原理．6.理解在⾃旋与轨道相互作⽤可以忽略时，体系波函数可写为空间部分和⾃旋部分乘积形式．对于两电⼦体系则有⾃旋单重态和三重态之分．前者⾃旋波函数反对称，空间波函数对称；后者⾃旋波函数对称，空间波函数反对称．7.作为⼀个具体的实例:了解氦原⼦能谱有正氦和仲氦之分的物理机制．教材：《量⼦⼒学教程》（周世勋）考试安排：时间：17周周⼆34节地点：F5062、证明在定态中，⼏率流密度与时间⽆关。
安徽工业大学量子力学复习提纲讲解
2010级材料物理专业《量子力学》复习提纲要点之一1. 19世纪末到20世纪初，经典物理学在解释黑体辐射、光电效应、原子的光谱线系和固体的低温比热等实验结果时遇到了严重的困难，揭露经典物理学的局限性。
2. 普朗克提出“ 能量子 ”（内容是什么？？?）的假设，解决了黑体辐射问题；爱因斯坦在普朗克“ 能量子 ”假设的启发下，提出了“光量子” （内容是什么？？?）的假设，成功解释了光电效应现象。
爱因斯坦的的光量子理论1924年被康普顿效应（内容是什么？？?）证实，被物理学界接受。
3. 德布罗意在光的波粒二象性的启示下，提出一切微观粒子（原子、电子、质子等）也具有波粒二象性的假说，在一定条件下，表现出粒子性，在另一些条件下体现出波动性。
德布罗意的假说的正确性，在1927年为戴维孙（Davission ）和革末（Germer ）所做的电子衍射实验所证实。
4. 描述光的粒子性的能量E 和动量P与描述其波动性的频率ν（或角频率ω）和波矢K由 Planck- Einstein 方程联系起来，即：ων ==h E ； （其中的各物理量的意义？？？）。
5. 描述微观粒子（如原子、电子、质子等）粒子性的物理量为能量E 和动量P ，描述其波动性的物理量为频率ν（或角频率ω）和波长λ， 它们间的关系可用德布罗意关系式表示，即：ων ==h E（其中的各物理量的意义？？？）；。
6. 微观粒子因具有波粒二象性，其运动状态不能用坐标、速度、加速度等物理量来描述，而是用波函数来描述。
描述自由粒子的波是具有确定能量和动量的平。
7. 波函数在空间某点的强度，即波函数模的平方，与在该点找到粒子的几率成正比例，即描写粒子的波可认为是几率波，反映了微观粒子运动的统计规律。
8. 波函数在全空间每一点应满足单值、有限、连续三个条件，该条件称为波函数的标准条件。
8. 通常将在无穷远处为零的波函数所描写的状态称为束缚态，属于不同能级的束缚定态波函数彼此正交，可表示为)(0*n m dx n m ≠=⎰ψψ。
教务处量子力学复习提纲
《量子力学》总复习一. 波粒二象性---微观粒子特性（1） 态的描述经典态（),P r →量子态（态矢—一般表示）或波函数：),...,(),,(t P t x Φψ（不同的具体表象）),(t x ψ的意义：t 时刻，x 附近，单位体积内找到粒子的几率幅 ),(t x ψ的性质：1）单值，2）连续，3）归一（2） 力学量的描述QQ ˆ→，对易关系，测不准问题 （3） 德布洛意关系 k P E ==,ω （粒子量与波量）二.力学量算符（1）Qˆ 出现的场合：Q ˆ ，（2）Q ˆ的性质：1）线性性 nnn n Q CC Q ψψ∑∑=ˆˆ（态的叠加原理的要求） 2）厄米性 Q Q ˆˆ=+ 或⎰⎰=τψψτψψd Q d Q **)ˆ(ˆ （Qˆ的本征值、平均值为实数的要求） （3）Qˆ的表示：不同表象有不同的表示 x 表象中：,ˆ,ˆxi P x xx∂∂== P 表象中：,ˆ,ˆxx xP P P i x=∂∂-= n 表象中：ˆˆˆ)xaa +=+， 注：1）<Qˆ>与表象的选择无关！ 2）算符相等的定义：ψ=ψB A ˆˆ（ψ为任意态），则B Aˆˆ= （4） 力学量算符的对易关系2ˆˆˆˆˆ[,],[,]ˆˆˆ[,]ˆˆˆ[,]ˆˆˆ[,]ˆˆ[,]0j k j kj kj k llxy z yz x zx yix P i L L i LL L i L L L i L L L i L L L δε==⎧=⎪⎪↔=⎨⎪=⎪⎩= ，其中110ijkε⎧⎪=-⎨⎪⎩当下标排列(,,)i j k 为偶排列时ijk ε值为1；为奇排列时ijk ε值为-1；当下标(,,)i j k 中有两个下标相同时ijk ε值为0 注：对易关系与表象的选择无关！ （5） 测不准关系222]ˆ,ˆ[41)ˆ()ˆ(B A B A -≥∆∆ 表明：1）0]ˆ,ˆ[≠B A，B A ˆ,ˆ无共同的本征态，B A ,不可能同时测准； 2）0]ˆ,ˆ[=B A，B A ˆ,ˆ有共同的本征态，B A ,有可能同时测准,即 在它们的共同本征态上可同时测准。
量子力学复习资料
《量子力学》复习资料第一章 绪论1、经典物理学的困难：①黑体辐射；②光电效应；③氢原子线性光谱；④固体在低温下的比热。
2、★★★普朗克提出能量子假说：黑体只能以νh E =为能量单位不连续的发射和吸收辐射能量，⋯⋯==,3,2,1 n nh E n ν，能量的最小单元νh 称为能量子。
意义：解决了黑体辐射问题。
3、★★★（末考选择）爱因斯坦提出光量子假说：电磁辐射不仅在发射和吸收时以能量νh 的微粒形式出现，而且以这种形式在空间以光速c 传播，这种粒子叫做光量子，也叫光子。
意义：解释了光电效应。
【注】光电效应方程为0221W hv v m m e -= 4、★★★玻尔的三个基本假设：①定态假设：原子核外电子处在一些不连续的定常状态上，称为定态，而且这些定态相应的能量是分立的。
②跃迁假设：原子在与能级m E 和n E 相对应的两个定态之间跃迁时，将吸收或辐射频率为ν的光子，而且有m n E E hv -=.③角动量量子化假设：角动量必须是 的整数倍，即 ,3,2,1,==n n L意义：解决了氢原子光谱问题。
（末考选择）5、★★★玻尔理论后来也遇到了困难，为解决这些困难，德布罗意提出了微观粒子也具有波粒二象性的假说。
6、德布罗意公式：⇒⎪⎩⎪⎨⎧===k n h p h Eλν意义：将光的波动性和粒子性联系起来，两式的左端描述的是粒子性（能量和动量），右端描述的是波动性（频率和波长）。
7、（填空）德布罗意波长的计算：meUhmE h p h 22===λ 8、★★★康普顿散射实验的意义：证明了光具有粒子性。
（末考填空）同时也证实了普朗克和爱因斯坦理论的正确性。
9、★★★证实了电子具有波动性的典型实验：戴维孙-革末的电子衍射实验（也证实了德布罗意假说的正确性）、电子双缝衍射实验。
10、微观粒子的运动状态和经典粒子的运动状态的区别：（1）描述方式不同：微观粒子的运动状态用波函数描述，经典粒子的运动状态用坐标和动量描述；（2）遵循规律不同：微观粒子的运动遵循薛定谔方程，经典粒子的运动遵循牛顿第二定律。
量子力学复习资料
量子力学复习资料一、基本概念1、波粒二象性这是量子力学的核心概念之一。
它表明微观粒子既具有粒子的特性，如位置和动量，又具有波动的特性，如波长和频率。
例如，电子在某些实验中表现出粒子的行为，如碰撞和散射；而在另一些实验中，如双缝干涉实验，又表现出波动的行为。
2、量子态量子态是描述微观粒子状态的方式。
与经典物理学中可以精确确定粒子的位置和动量不同，在量子力学中，粒子的状态通常用波函数来描述。
波函数的平方表示在某个位置找到粒子的概率密度。
3、不确定性原理由海森堡提出，指出对于一个微观粒子，不能同时精确地确定其位置和动量，或者能量和时间。
即：＼（＼Delta x ＼cdot ＼Delta p ＼geq ＼frac{＼hbar}｛2}＼），＼（＼Delta E ＼cdot ＼Delta t ＼geq ＼frac{＼hbar}｛2}＼），其中＼（＼hbar\）是约化普朗克常数。
二、数学工具1、薛定谔方程这是量子力学中的基本方程，类似于经典力学中的牛顿运动方程。
对于一个质量为＼（m\）、势能为＼（V(x)＼）的粒子，其薛定谔方程为：＼（i\hbar\frac{＼partial ＼Psi(x,t)｝｛＼partial t} ＝＼frac{＼hbar^2}｛2m}＼frac{＼partial^2 ＼Psi(x,t)｝｛＼partial x^2} ＋ V(x)＼Psi(x,t)＼）。
2、算符在量子力学中，物理量通常用算符来表示。
例如，位置算符＼（＼hat{x}＼）、动量算符＼（＼hat{p}＼）等。
算符作用在波函数上，得到相应物理量的可能取值。
三、常见量子力学系统1、一维无限深势阱粒子被限制在一个宽度为＼（a\）的区域内，势能在区域内为零，在区域外为无穷大。
其能量本征值为＼（E_n ＝＼frac{n^2\pi^2\hbar^2}｛2ma^2}＼），对应的本征函数为＼（＼Psi_n(x) ＝＼sqrt{＼frac{2}｛a}｝＼sin(＼frac{n\pi x}｛a}）＼）。
量子力学总复习
量子力学教程(第二版） 复习纲要
第七章 1 表象的定义 2 态和力学量算符的矩阵表示 幺正变换 3 s方程 平均值 本征方程的矩阵表示 4 Dirac符号 完备性关系 第九章 1 粒子数算符，产生，湮灭算符的定义 和相关性质 2 产生，湮灭算符对粒子数本征态的作用 3 角动量的本征值和本征态的一般形式，各种量子数 的取值方式 ， 上升，下降算符的作用
12.3 分子结构
量子力学教程(第二版） 复习纲要
第十章 1 微扰论的主要思想，适用条件 2 非简并态微扰理论 能级一级，二级修正公式 波函 数的一级修正 3 简并态微扰理论 能级的一级修正 零级波函数的选 取 4 变分法 变分原理（了解）
12.3 分子结构
量子力学教程(第二版） 考试说明
1 闭卷 120分钟 A B C卷随机抽取 2 填空题 3分一题 7题 共21分 简答题 10分一题 2题 共20分 证明题 10分一题 2题 共20分 计算题 13分一题 3题 共39分 3 没讲的肯定不考 讲了的也不一定会考,课堂上讲过 的习题应该要掌握 4 卷面成绩60%
12.3 分子结构
量子力学教程(第二版） 复习纲要
第四章 1 守恒量的概念，证明，守恒量和定态的区别 2 海森堡方程 3 全同粒子波函数应满足的性质 全同性原理 泡利不 相容原理 两个全同粒子波函数的构造（玻色子， 费米子） 第五章 1 中心力场中角动量守恒的证明 2 氢原子的能级公式，能级简并度，本征态下标的含 义
量子力学教程(第二版） 复习纲要
第一章 1 普朗克能量量子化 爱因斯坦的光电效应解释 玻 尔的原子结构理论 德布罗意的波粒二象性 2 玻恩的波函数统计解释 波函数的标准化条件 常见 的力学量算符（动量，动能） 3 s方程应满足的基本条件 s方程的最基本形式 定 态s方程（即能量本征方程） 定态的概念和性质 定 域几率守恒的证明 4 量子态叠加原理
量子力学复习提纲
量子力学复习提纲一波函数一、波函数的意义及性质在量子力学理论体系中，体系的状态用波函数来描述，一般记为),(t rψ=ψ，其物理意义是玻恩的几率解释：在时刻t ，在),,(z y x 附近体积元dxdydz 内发现粒子（体系）的几率为dxdydz t r 2|),(|ψ。
对波函数，要认识一下几个问题： 1、关于波函数的归一化问题（1）几率描述中实质问题是相对几率，即要求任意两点的几率比值相同即可，因此),(t r ψ和),(t r Cψ描述的是同一个几率波。
这导致波函数总有一个不确定的常数因子。
（2）根据（1），我们一般要求波函数归一化，即选择常数C ，使1||2=ψ?τd C不过这样选择的常数C ，还有一个不确定的相因子，我们把满足这个条件的常数C ，叫归一化常数。
（3）由于我们关注的是相对几率，因此在某些情形下，我们也使用一些非归一化的波函数，如自由粒子平面波函数r p i e r=2/3)2(1)(πψ 粒子的位置本征函数)()(0r r r-=δψ2、波函数的标准化条件（1）既然波函数是几率波，因此要求波函数模方为有限，是必然的。
即=ψ2||有限值。
但实际上，只要波函数满足=ψτd 2||有限就可以了。
例如对粒子位置本征函数就是这样。
而这种放宽的条件会导致波函数在某点的值变为无穷大。
这也是允许的。
（2）波函数的连续性要根据定态薛定谔方程来确定。
)()()](2[222x E x x V dx d ψψμ=+- 因此，如果)(x V 是x 的连续函数，则)(x ψ和dxd ψ必为x 的连续函数。
如果><=ax V a x Vx V 21)(，其中21,V V 是常数，且)(12V V -有限，则波函数及其一阶导数连续。
证明：将薛定谔方程在a x =邻域积分，得0)(])([2)0()0(2l i m''=-?→?=--+?+-dx x E x V a a a a ψμψψεε所以，)('x ψ连续，从而)(x ψ也连续。
量子力学期末考试复习重点、复习提纲
量子力学期末考试复习重点、复习提纲量子力学期末考试复习重点、复习提纲第一章绪论1、了解黑体辐射、光电效应和康普顿效应。
2、掌握玻尔—索末菲的量子化条件公式。
3、掌握并会应用德布罗意公式。
4、了解戴维逊-革末的电子衍射实验。
第二章波函数和薛定谔方程1、掌握、区别及计算概率密度和概率2、掌握可积波函数归一化的方法3、理解态叠加原理是波函数的线性叠加4、掌握概率流密度矢量5、理解定态的概念和特点6、掌握并会应用薛定谔方程求解一维无限深方势阱中粒子的波函数及对应能级7、掌握线性谐振子的能级8、定性掌握隧道效应的概念及应用。
第三章量子力学中的力学量1、会算符的基本计算2、掌握厄米算符的定义公式，并能够证明常见力学量算符是厄米算符。
3、了解波函数归一化的两种方法4、掌握动量算符及其本征方程和本征函数5、掌握角动量平方算符和z分量算符各自的本征值，本征方程6、掌握三个量子数n,l,m的取值范围。
7、了解氢原子体系转化为二体问题8、掌握并会求氢原子处于基态时电子的最可几半径9、掌握并会证明定理属于不同本征值（分立谱）的两个本征函数相互正交10、力学量算符F的本征函数组成正交归一系的表达式（分立谱和连续谱）11、理解本征函数的完全性，掌握波函数按某力学量的本征函数展开（分立谱），会求展开系数，理解展开系数的意义。
12、掌握两个计算期望值的公式，会证明其等价性，能应用两公式计算期望值13、掌握坐标、动量算符之间的对易关系，掌握角动量算符之间的对易关系。
14、掌握并会证明定理如果两个算符有一组共同本征函数，而且本征函数组成完全系，则两个算符对易15、掌握不确定关系不等式。
第四章态和力学量的表象（4.1~4.3节）1、理解和掌握什么是表象2、理解不同表象中的波函数描写同一状态。
3、理解态矢量和希尔伯特空间4、了解算符F在Q表象中的表示形式，算符在其自身表象中的表示形式。
量子力学复习提纲
2008级材料物理专业《量子力学》复习提纲要点之一1. 20世纪初，经典理论在解释黑体辐射、光电效应和原子光谱的线状结构等实验结果时遇到了严重的困难。
爱因斯坦在普朗克“ 能量子 ”假设的启发下，提出了“光量子”的概念，认为光是由一颗颗具有一定能量的粒子组成的粒子流。
2. 描述光的粒子性的能量E 和动量P与描述其波动性的频率（或角频率）和波矢K由 Planck- Einstein 方程联系起来，即：ων ==h E ；K n h P ==λ。
3. 德布罗意提出，一切物质粒子（原子、电子、质子等）都具有粒子、波动二重性，在一定条件下，表现出粒子性，在另一些条件下体现出波动性。
4. 描述微观粒子（如原子、电子、质子等）粒子性的物理量为能量E 和动量P，描述其波动性的物理量为频率（或角频率）和波长， 它们间的关系可用德布罗意关系式表示，即：ων ==h E ； K n h P==λ。
5. 微观粒子因具有波粒二象性，其运动状态不能用坐标、速度、加速度等物理量来描述，而是用波函数来描述。
描述自由粒子的波是具有确定能量和动量的平面波，即：)(),(Et r p i p Ae t r -⋅=ψ。
6. 波函数在空间某点的强度，即波函数模的平方，与在该点找到粒子的几率成正比例，即描写粒子的波可认为是几率波，反映了微观粒子运动的统计规律。
7. 波函数在全空间每一点应满足单值、有限、连续三个条件，该条件称为波函数的标准条件。
8. 通常将在无穷远处为零的波函数所描写的状态称为束缚态，属于不同能级的束缚定态波函数彼此正交，可表示为)(0*n m dx n m ≠=⎰ψψ。
9. 设G ˆˆ和F的对易关系为k i G F ˆ]ˆ,ˆ[=，且G G G F F F -=∆-=∆ˆˆ,ˆˆ，则G ˆˆ和F 的测不准关系式为：4)ˆ()ˆ(222k G F≥∆⋅∆；如果k 不等于零，则的均方偏差不会同时为零，它们的乘积要大于一正数，这意味着Fˆ和G ˆ不能同时测定。
量子力学讲授纲要4综合复习.
海森堡测不准关系 xpx 2
几种常见的算符：动量算符、角动量算符与自旋算符
（注意：讨论的出发点是对易关系）
2．3 运动方程及其绘景
给定一种态矢和算符与时间相关的方式，就给出一种绘景。
1、薛定谔S-绘景
基本假设之三（公理三）：微观体系的状态 (t) 随时间 演化的规律服从薛定谔方程
i (t) H (t)
在推导中，没有用到量子化条件，量子化是通过在相位中引入 来实现的，说明路径积分量子化与正则量子化是等价的。
8．3 矩阵元的路径积分表示
矩阵元的路径积分表示 iS x,t T[x(ti )x(t j )] x,t N D[x]xi x je
算符的编时乘积在基态中的期望值
0 T[x(tk )...x(t1)] 0
t
t0 H (t)U0 (t, t0 )dt
时间演化算符的性质：
U0 (t0 , t0 ) 1
U
0
(t,
t0
)
U
1 0
(t
,
t0
)
U0 (t0 , t1)U0 (t1, t) U0 (t0 , t)
U
0
(t,
t0
)
U
1 0
(t0
,
t)
平均值随时间的变化
d
A dt
(t)
态矢量随时间的变化规律
i I (t)
t
H
I i
I
(t)
力学量算符随时间的变化规律
dAI (t) dt
i
[H0,
AI
(t)]
i
[H0,
量子力学复习提纲
量子力学复习提纲1. 粒子的双缝实验的结论是什么？ 答：粒子具有波动性2. 在量子力学中，波函数的波动方程是什么？它是定态薛定谔方程吗？答：量子力学中波函数的波动方程是),()](2[),(22t r r V mt r t i →→→+∇-=∂∂ψψ ，它不是定态薛定谔方程，定态薛定谔方程是假设势能V 不显含时间t ，其形式是：)()](2[)(22→→→+∇-=r r V mr E ψψ3. 波函数除了归一化要求之外的三个标准条件是什么？答：单值、连续、有限。
4. 写出一维无限深方势阱的能量本征函数及能量本征值。
答：5. 写出一维线性谐振子的能量本征函数及能量本征值。
222220,0(),ˆ,()()2()sin(),1,2,3,,1,2,3ˆ(2,2ˆ)n n n n nx x a U x x others H x E x n xx n a an E n P U x a H ψψπψπμμ<<⎧=⎨∞∈⎩=⎧⎫⎪⎪==⎨⎬⎪⎪⎩⎭==+=6. 动量算符的本征函数和本征值是什么？其本征函数如何归一？ 答：动量算符的本征函数是：)ex p()2(1)(23r p ir p ⋅=πψ，其本征值为p 。
其只能归以为函数δ函数，即)()()('*'p p d r r pp -=⎰∞δτϕϕ。
7. 在三维直角坐标系中，角动量算符的表示式是什么？动量（矢量）算符的本征函数和本征值是什么？答：ˆˆˆˆˆˆˆˆˆˆˆˆˆˆˆxz y yx z zy x L yp zp i y z z y Lzp xp i z x xz L xp yp i x y yx ⎛⎫∂∂=-=-- ⎪∂∂⎝⎭∂∂⎛⎫=-=-- ⎪∂∂⎝⎭⎛⎫∂∂=-=-- ⎪∂∂⎝⎭ 动量算符的本征函数和本征值如上。
8. 在球坐标系中，角动量平方算符的表示式又是什么？它的本征函数和本征值是什么？其中什么是轨道角动量量子数（角量子数）？取值范围是哪些数值？答：()22222222222222222222ˆˆˆˆ,11sinsin sinˆ11ˆsinsin sinx y zL L L Lctg ctgDDθϕθθθϕϕθθθθθθϕθθθθθϕ=++⎛⎫∂∂∂∂=-+++⎪∂∂∂∂⎝⎭⎡⎤∂∂∂⎛⎫=-+⎪⎢⎥∂∂∂⎝⎭⎣⎦=⎡⎤∂∂∂⎛⎫=-+⎪⎢⎥∂∂∂⎝⎭⎣⎦22ˆ(,)(1)(,)ˆ(,)(,)lm lmz lm lmL Y l l YL Y m Yθϕθϕθϕθϕ=+=l表征轨道角动量的大小，称为轨道角动量角量子数，l＝０，１，２，……m则称为轨道角动量的磁量子数，对应于一个l的值，m可取(2l+1)个值，m=l,l-1,l-2,…,1,0,-1,-2,…,-l9.在球坐标系中，角动量在极轴上的投影算符如何表达？其本征函数和本征值是什么？其中什么是轨道角动量磁量子数（磁量子数）？取值范围是哪些数值？答：答案如上10.量子力学中关于波函数与力学量的两个假设，告诉你什么结论，试用你自己的语言归纳出5条结论。
量子力学复习资料
量⼦⼒学复习资料第⼀章知识点：1. ⿊体：能吸收射到其上的全部辐射的物体，这种物体就称为绝对⿊体，简称⿊体.2. 处于某⼀温度 T 下的腔壁，单位⾯积所发射出的辐射能量和它所吸收的辐射能量相等时，辐射达到热平衡状态。
3. 实验发现：热平衡时，空腔辐射的能量密度，与辐射的波长的分布曲线，其形状和位置只与⿊体的绝对温度 T 有关⽽与⿊体的形状和材料⽆关。
4. 光电效应---光照射到⾦属上，有电⼦从⾦属上逸出的现5. 光电效应特点：1.临界频率ν0 只有当光的频率⼤于某⼀定值ν0时，才有光电⼦发射出来.若光频率⼩于该值时，则不论光强度多⼤，照射时间多长，都没有电⼦产⽣.光的这⼀频率ν0称为临界频率。
2.光电⼦的能量只是与照射光的频率有关，与光强⽆关，光强只决定电⼦数⽬的多少（爱因斯坦对光电效应的解释）3. 当⼊射光的频率⼤于ν0时，不管光有多么的微弱，只要光⼀照上，⽴即观察到光电⼦（10-9s ）6. 光的波粒⼆象性：普朗克假定a.原⼦的性能和谐振⼦⼀样，以给定的频率ν振荡;b.⿊体只能以 E = h ν为能量单位不连续的发射和吸收能量，⽽不是象经典理论所要求的那样可以连续的发射和吸收能量.7. 总结光⼦能量、动量关系式如下：把光⼦的波动性和粒⼦性联系了起来8.波长增量 Δλ=λ′–λ随散射⾓增⼤⽽增⼤.这⼀现象称为康普顿效应.散射波的波长λ′总是⽐⼊射波波长长（λ′ >λ）且随散射⾓θ增⼤⽽增⼤。
9.波尔假定：1.原⼦具有能量不连续的定态的概念. 2.量⼦跃迁的概念. 10.德布罗意：假定：与⼀定能量 E 和动量 p 的实物粒⼦相联系的波（他称之为“物质波”）的频率和波长分别为：E = h ν ? ν= E/h ? P = h/λ ? λ= h/p ? 该关系称为de. Broglie 关系.德布罗意波：ψde Broglie 关系：ν= E/h ?ω = 2πν= 2πE/h = E/ λ= h/p ?k = 1/ = 2π /λ = p/n k h k n n h n C h n C E p h E ==========πλπλνων22其中波长。
量子力学复习提纲
在
Sˆz 表象下，1
2
1
0
,
0
1 2
1
2
Sˆ
2 x
Sˆ
2 y
Sˆ
2 z
1ˆ 4
对两个Fermi子体系:
A
Sˆ z
2
1
0
(
A)
1(
S) Ms
0 1 ,
Sˆ x
2
0
1
Ms 0, 1
1
0
,
Sˆ y
2
0
i
i
0
(
S
)
( A) 00
总复习要点
波粒二象性是微观粒子的基本禀性，是量子理论的物理基础。 由微观粒子具有波粒二象的性质这个基本观念出发，运用物理逻辑推理的思 维，可以推论出贯穿全部量子理论的 3 个基本特征：概率解释、量子化现象、不 确定关系。 接着，采用 5 条假设：波函数假设、基本方程假设、算符假设、测量假设、 全同性原理假设，就能逻辑地支撑起非相对论量子理论框架。
能量量子化是束缚态粒子的共同特性，是微观世界的特有现象。 束缚态问题中，势场是已知的，求束缚态的能级和相应的波函数以及在外界作用下的 量子跃迁概率。
3、游离态（散射态 Scattering state）： 在无穷远处波函数不为零的状态为游离态。
游离态波函数不能归一化，能量可以连续取值，组成连续谱。 游离态问题中，势场和粒子的能量是已知的，求游离态的反射系数、透射系数和相 应的波函数以及角分布（散射截面）。
Fˆ f
cf
2
df
* r Fˆ
r d
3、微扰理论（定态）
a) 非简并
H H 0 H ,
Hˆ 0
量子力学复习提纲
量子力学复习提纲第一章 绪论 1.德布罗意关系, E h νω==(1)h p n k λ==(2)2.微观粒子的波粒二象性.3. 电子被V 伏电压加速,则电子的德布罗意波长为12.25hA λ=≈(3)第二章 波函数和薛定谔方程 1.波函数的统计解释:波函数在空间某一点的强度()2,r t ψ 和在该处找到粒子的几率成正比,描写粒子的波是几率波. 其中2w*=ψψ=ψ代表几率密度.2.态叠加原理:如果1ψ和2ψ是体系的可能状态,那么它们的线性叠加1122c c ψ=ψ+ψ,也是体系的一个可能状态.3. 薛定谔方程和定态薛定谔方程薛定谔方程()(),ˆ,r t i H r t t∂ψ=ψ∂(4)定态薛定谔方程()()ˆH r E r ψ=ψ (5)其中()22ˆ2H U r μ=-∇+ (6)为哈密顿算符,又称为能量算符,4. 波函数的标准条件: 有限性,连续性(包括ψ及其一阶导数)和单值性.5. 波函数的归一化,1d τ*∞ψψ=⎰(9)6.求解一维薛定谔方程的几个例子.一维无限深势阱及其变种, 一维线性谐振子; 势垒贯穿.第三章 量子力学中的力学量1. 坐标算符, 动量算符及角动量算符;构成量子力学力学量的法则;2. 本征值方程,本征值,本征函数的概念ˆF ψλψ= (10)3. 厄密算符的定义,性质及与力学量的关系.ˆF dx ψφ*=⎰()ˆF dx ψφ*⎰(11)实数性: 厄密算符的本征值是实数.正交性: 厄密算符的属于不同本征值的两个本征函数 相互正交.完全性: 厄密算符ˆF的本征函数()n x φ和()x λφ组成完全系, 即任一函数()x ψ可以按()n x φ和()x λφ展开为级数:()()()n n nx c x c x d λλψφφλ=+∑⎰ (12)展开系数: ()()nnc x x dx φψ*=⎰, (13)()()c x x dx λλφψ*=⎰. (14)2nc 是在()x ψ态中测量力学量F 得到nλ的几率,2c d λλ是在()x ψ态中测量力学量F ,得到测量结果在λ到d λλ+范围内的几率.4. 2ˆL 和ˆZL 算符的本征值方程,本征值和本征函数. ()22ˆ1L l l ψψ=+ , ˆzL m ψψ= 本征函数 (),lm Y θφ.5. 氢原子的哈密顿算符及其本征值,本征函数nlm ψ的数学结构, ()()(),,,nlmnl lm r R r Y ψθφθφ= (15)主量子数n ,角量子数l 和磁量子数m 的取值范围,简并态的概念.6. 氢原子的能级公式和能级的简并度.422,1,2,3,...2s n e E n nμ=-= (16)不考虑电子的自旋是2n 度简并的;考虑电子的自旋是22n 度简并的.7. 给定电子波函数的表达式,根据电子在(),,r θφ点周围的体积元内的几率()22,,sin nlm r r drd d ψθφθθφ(17)计算电子几率的径向分布和角分布.计算在半径r 到r dr +的球壳内找到电子的几率. 8. 给定态函数,计算力学量平均值,平均值的计算公式.()()ˆF x F x dx ψψ*=⎰(18) 注意(11)式对波函数所在的空间作积分. 9. 算符的对易关系及测不准关系.(1) 如果一组算符相互对易,则这些算符所表示的力学量同时具有确定值(即对应的本征值), 这些算符有组成完全系的共同的本征函数.例如: 氢原子的哈密顿算符ˆH ,角动量平方算符2ˆL 和角动量算符ˆz L 相互对易, 则(i) 它们有共同的本征函数nlm ψ, (ii) 在态nlm ψ中,它们同时具有确定值:4222s n e E n μ=-,()21l l + , m .(2) 测不准关系:如果算符ˆF和ˆG 不对易,则一般来说它们不能同时有确定值. 设ˆFˆG -ˆG ˆF =ˆik 则算符ˆF和ˆG 的均方偏差满足:()_______2ˆF ∆⋅()_______22ˆ4k G ∆≥(19)其中 ()()________________________2222222F F F F FF F F F ∆=-=-+=-()__________222F F F ∆=-, ()__________222G G G ∆=-(a) 利用测不准关系估计氢原子的基态能量, 线性谐振子的零点能等.(b) 给定态函数ψ,计算两个力学量ˆF和ˆG 的均方偏差的乘积()_______2ˆF∆⋅()_______2ˆ?G ∆=(20)第四章 态和力学量的表象 1. 对表象的理解(1) 状态ψ: 态矢量(2) Q 表象:力学量Q 的本征函数 ()()()12,,...,...n u x u x u x构成无限维希耳伯特空间(坐标系)的基矢量 (4) 将态矢量按照上述基矢量展开:()()(),n n nx t a t u x ψ=∑()()()12,,...,...n a t a t a t 是态矢量ψ在Q 表象中沿各基矢量的分量.(5) ()2n a t 是在(),x t ψ所描写的态中,测量力学量Q 得到结果为n Q 的几率. 2. 算符在Q 表象中的表示(i)算符ˆF在Q 表象中是一个矩阵, nm F 称为矩阵元 ()(),nm nm F u x F x u x dx i x *∂⎛⎫≡ ⎪∂⎝⎭⎰(ii) 算符在自身表象中是一个对角矩阵,其对角矩阵元为该算符对应的本征值. 3. 量子力学公式的矩阵表述 (1) 平均值公式:†F F =ψψ (21)(2) 本征值方程 → 久期方程()()()()()()1111121222122212 ... ... ... ... : : : ... ... : : :m m n n nm mm a t a t F F F a t a t F F F F F F a t a t λ⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎪= ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭→ 111212122212 ... ... ... ... 0... ... ..............................n n n n nn F F F F F F F F F λλλ--=-(3) 薛定谔方程的矩阵形式 di H dtψ=ψ(22) 4. 么正变换的概念(1) 么正变换是两个表象基矢量之间的变换矩阵. (2) 么正变换的矩阵元由两个表象的基矢量共同确定,()()()(),.n n m m S x x dx S x x dx ββααψϕψϕ***⎫=⎪⎬=⎪⎭⎰⎰(3) 态矢量由A 表象变换到B 表象的公式1b S a -= (23)(4) 力学量ˆF由A 表象变换到B 表象的公式: 1F S FS -'= (24)5. 么正变换的性质(i) 么正变换不改变算符的本征值; (ii) 么正变换不改变矩阵F 的迹; (iii) 么正变换不改变力学量的平均值.第五章 微扰理论(I) 求解非简并定态微扰问题 (1) 确定微扰的哈密顿算符ˆH'. ()0ˆˆˆHH H '=+, 及与()0ˆH对应的零级近似能量()n E 和零级近似波函数()0nψ;(2) 计算能量的一级修正:()()()100ˆn nn E H d ψψτ*'=⎰ (25)(3) 计算波函数的一级修正:()()()()10'00mn n m mn mH E E ψψ'=-∑(26) (4) 计算能量的二级修正:()()()22'0nln ln l H E E E '=-∑ (27)(II) 求解非简并定态微扰问题 (只要求能量的一级修正) 求解步骤(1) 确定微扰的哈密顿算符ˆH'. (2) 确定微扰算符的矩阵元:ˆliH '=ˆl i H d φφτ*'⎰(28)(3) 求解久期方程得到能量的一级修正()()()111121121222112.........................................................n k n k kkkkn H E H H H H E H H H H E '''-'''-='''- (29)(III) 变分法不作要求 (IV) 含时微扰论 (1) 基本步骤设0ˆH 的本征函数为n φ为已知:0ˆn n nH φεφ=(30)将ψ按照0ˆH 的定态波函数n it n n e εφ-Φ=展开:()n nna t ψ=Φ∑(31)展开系数的表达式:()01mk ti t m mka t H e dt i ω'''=⎰(32)其中ˆmn m n H H d φφτ*''=⎰(33)是微扰矩阵元,()1m nmnωεε=-(34)为体系由n ε能级跃迁到m ε能级的玻尔频率. 在t 时刻发现体系处于m Φ态的几率是()2m a t , 体系在微扰的作用下,由初态k Φ跃迁到终态m Φ的几率为()2k m m W a t →= (35)(2) 用于周期微扰()()ˆˆi t i t H t F e e ωω-'=+得到()()()11mk mk i t i t mk m mk mk F e e a t ωωωωωωωω''+-⎡⎤--=-+⎢⎥+-⎣⎦(36)由(36)式,讨论并理解发生跃迁的条件是mkωω=±或m k m k εεω=± (37)(i) 表明只有外界的微扰含有频率mk ω时,体系才能从k Φ态跃迁到m Φ态,这时体系吸收和发射的能量是mk ω ;(ii)跃迁是一个共振现象.(3) 能量时间的测不准关系的含义E t ∆∆ (38)(4) 了解原子的跃迁几率和三个爱因斯坦系数:mk A , mkB 和km B 及相互关系. (5) 了解用含时微扰理论计算爱因斯坦发射和吸收系数(6) 记住对角量子数和磁量子数的选择定则1,0, 1.l l l m m m '∆=-=±⎫⎬'∆=-=±⎭(39) 第六章 散射只要求理解微分散射截面的概论, 不作计算要求.第七章 自旋与全同粒子1. 电子的自旋角动量S ,它在空间任何方向的投影只能取 2z S =± (40) 2. 自旋算符的矩阵形式 01ˆ210x S ⎛⎫= ⎪ ⎪⎝⎭ , 0ˆ20y i S i ⎛⎫-= ⎪ ⎪⎝⎭ , 10ˆ201z S ⎛⎫= ⎪ ⎪-⎝⎭(41) 3.泡利矩阵 01ˆ10x σ⎛⎫= ⎪ ⎪⎝⎭, 0ˆ0y i i σ⎛⎫-= ⎪ ⎪⎝⎭, 10ˆ01z σ⎛⎫= ⎪ ⎪-⎝⎭ (42)(1) 求力学量在某个自旋态的平均值和均方偏差.†G G =ψψ (43)()11121†1222122G G G G G G **⎛⎫ψ⎛⎫=ψψ=ψψ ⎪ ⎪ ⎪ψ⎝⎭⎝⎭ (44) (2)求解自旋角动量算符的本征值方程, 本征值和本征函数4. 自旋与轨道角动量的耦合及产生光谱的精细结构的原因.5. 全同性原理的表述6. 描写全同粒子体系状态的波函数只能是对称或反对称的,它们的对称性不随时间改变.实验证明,微观粒子按照其波函数的对称性可以分为两类: (I) 费米子: 波函数是反对称的;(II) 玻色子: 波函数是对称的.7.泡利不相容原理:不能有两个或两个以上的费米子处于同一状态.。
量子力学复习提要
量子力学内容提要一、量子力学的研究对象和应用领域量子力学是研究微观粒子运动规律的一种基本理论。
它是上个世纪二十年代在总结大量实验事实和在旧量子论的基础上建立起来的。
它不仅在近代物理学中占有极其重要的位置，而且还被广泛地应用到化学、电子学、材料学、现代光学、计算机、天体物理等许多现代科技领域，凡是涉及到微观粒子（比如分子、原子、电子等）的各门学科和新兴技术，都几乎离不开应用量子力学的基本原理。
二、目的要求量子力学是20世纪自然科学的重大进展之一，也是近代物理学两大支柱之一。
设置量子力学课程的主要目的是：⑴了解微观世界矛盾的特殊性和微观粒子的运动规律，深入理解微观粒子的运动特性；(2)初步掌握量子力学的基本概念、基本原理、基本方法及量子力学的数学描述形式，并能运用量子力学基本理论和方法处理简单的微观体系问题。
(3) 了解量子力学在现代科学技术中的广泛应用，深化和扩展在普通物理中学过的有关知识，为以后从事物理教学或进一步深造打下扎实的学科基础。
三、主要内容I.绪论：量子力学的研究对象和方法特点，经典物理学的困难，量子力学发展简史，光的波粒二象性，早期的量子论，微观粒子的波粒二象性。
II.波函数和薛定谔方程：波函数的统计解释，态迭加原理，薛定谔方程，一维定态问题。
III.力学量的算符表示：表示力学量的算符，算符的本征值和本征函数，动量算符和角动量算符，厄米算符本征函数的正交归一完备性，算符与力学量的关系，算符的对易关系，两个力学量同时有确定值的条件，测不准关系，力学量期望值及其随时间的变化，对称性与守恒律。
电子在库仑场中的的运动，氢原子。
IV.态和力学量的表象：态的表象，算符的矩阵表示，量子力学公式的矩阵表述，幺正变换。
V.近似方法：定态微扰理论，变分法的基本原理及方法，含时微扰理论（跃迁几率、光的发射和吸收、选择定则）。
VI.电子自旋与角动量：电子自旋，自旋算符和波函数，角动量耦合，涉及自旋-轨道耦合时的处理方法。
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1.粒子的双缝实验的结论是什么？ 答：粒子具有波动性2.在量子力学中，波函数的波动方程是什么？它是定态薛定谔方程吗？答：量子力学中波函数的波动方程是),()](2[),(22t r r V mt r t i →→→+∇-=∂∂ψψ ，它不是定态薛定谔方程，定态薛定谔方程是假设势能V 不显含时间t ，其形式是：)()](2[)(22→→→+∇-=r r V mr E ψψ3.波函数除了归一化要求之外的三个标准条件是什么？答：单值、连续、有限。
4.写出一维无限深方势阱的能量本征函数及能量本征值。
答：5. 写出一维线性谐振子的能量本征函数及能量本征值。
2,2a μ答：6.什么叫做粒子的共振穿透？请举例说明。
答：当粒子射入势阱时，将发生反射和折射，当粒子的能量满足一定的条件时会使透射系数T=1，这种现象就叫做共振穿透。
如上图所示，粒子在有限深势阱中，我们设222221)(2,2oVEkEk-==μμ则透射系数lkkkkkkkT222222122212221sin)(44-+=当πnLk=2即22)(2VLnEn+=πμ时，1=T，产生共振穿透。
7.什么叫做粒子的遂穿效应？请举例说明。
答：粒子在能量E小于势垒高度时仍能贯穿势垒的现象，称为隧道效应。
金属电子冷发射和ɑ衰变等现象等都是隧道效应产生的，还有基于两字隧道效应的扫描隧道显微镜。
8.粒子的共振穿透与粒子的遂穿效应有何区别？答：共振穿透的物理意义是，入射粒子进入势阱后，碰到两侧阱壁时将发生反射和透射，如粒子能量合适，使它在阱内波长'λ满足an2'=λ（a为阱的宽度），则经过各次反射而透射出去的波的相位相同，因而彼此相干叠加，使透射波波幅大增，从而出现共振透射。
而遂穿效应其实是粒子具有波动性的表现。
9.什么叫做厄米算符？它有什么性质？答：如果算符∧F满足ˆˆ()F dv F dvψϕψϕ**=⎰⎰，则称算符∧F为厄米算符。
厄米算符有三点性质，一是体系的任何状态下，其厄米算符的平均值必为实数；二是厄米算符的本征值必为实数；三是厄米算符属于不同本征值的本征函数彼此正交。
10.量子力学中两个基本力学量是什么？在坐标表象中，用什么算符表示？{}222222221()2ˆ,()()()(),0,1,2,ˆ11(),0,1,2,2ˆ22n n nxn n nnxU x xH x E xxPH xN H x e nE n nαμωψμωψψωμα-=====+==+答： 量子力学中两个基本力学量是坐标→r 和动量→p ，在坐标表象中，坐标→r 用坐标算符∧r表示，动量用动量算符∇-=∧2p 表示。
11. 动量算符的本征函数和本征值是什么？其本征函数如何归一？答：动量算符的本征函数是：)ex p()2(1)(23r p ir p ⋅=πψ ，其本征值为p 。
其只能归以为函数δ函数，即)()()('*'p p d r r p p-=⎰∞δτϕϕ。
12. 在三维直角坐标系中，角动量算符的表示式是什么？动量（矢量）算符的本征函数和本征值是什么？答：ˆˆˆˆˆˆˆˆˆˆˆˆˆˆˆxz y yx z zy x L yp zp i y z zy L zp xp i z x xz L xp yp i x y y x ⎛⎫∂∂=-=-- ⎪∂∂⎝⎭∂∂⎛⎫=-=-- ⎪∂∂⎝⎭⎛⎫∂∂=-=-- ⎪∂∂⎝⎭动量算符的本征函数和本征值如上。
13. 在球坐标系中，角动量平方算符的表示式又是什么？它的本征函数和本征值是什么？其中什么是轨道角动量量子数（角量子数）？取值范围是哪些数值？答2221sin ˆsin Dθθθθ ∂⎡-⎢∂⎣∂⎛ ∂⎝(,)θϕl 表征轨道角动量的大小，称为轨道角动量角量子数，l ＝０，１，２，……m 则称为轨道角动量的磁量子数，对应于一个l 的值，m 可取(2l+1)个值，m=l,l-1,l-2,…,1,0,-1,-2,…,-l14. 在球坐标系中，角动量在极轴上的投影算符如何表达？其本征函数和本征值是什么？其中什么是轨道角动量磁量子数（磁量子数）？取值范围是哪些数值？ 答：答案如上15. 量子力学中关于波函数与力学量的两个假设，告诉你什么结论，试用你自己的语言归纳出5条结论。
答：量子力学基本假设Ⅰ描写物理系统的态函数的总体，构成一个希尔伯特空间。
系统的每一个动力学变量，由对这些态函数施加作用的一个厄米算符描写。
量子力学基本假设Ⅱ当系统处于状态ϕ时，对与算符ˆF 对应的动力学变量进行足够多次的测量，得到的测量结果的算术平均值ˆF为： 33ˆˆF d r Fd rϕϕϕϕ**=⎰⎰ 若ϕ已经归一化，则有：3ˆˆF F d r ϕϕ*=⎰结论：1、 对于一个微观体系其状态可以用波函数ϕ表示，ϕ的绝对值的平方描述了粒子的几率密度。
2、 当体系的势能表达式中不显含时间时，可用定态薛定谔方程描述其状态。
3、 体系的波函数要具备连续、单值、有限的特性。
4、 量子力学中表征力学量的算符都是厄米算符，其本征值都是实数。
5、 体系的波函数是两两正交，自归一算符本征函数。
16. 什么是对易算符？他们的本征函数有什么性质？什么是非对易算符？非对易算符能有共同的本征函数吗？答：若两算符∧A 和∧B 满足(∧A ，∧B )=0，则称算符∧A 和∧B 为对易算符，如果两个算符∧A 和∧B 为对易算符，则说明两个算符有共同的完备的本征函数组，在他们共同的本征函数描述的状态下，测量这两个算符对应的力学量，可以同时得到对应的本征值。
若两算符∧A 和∧B 不满足(∧A ，∧B )=0，则其不是对易算符，没有共同的本征函数。
如果两个力学量A 和B 的对易子不等于零，则说明两个算符没有共同的完备的本征函数组即不存在共同的本征态，使测量的两个力学量同时有确定值。
也就是说，我们不能同时准确得到他们对应的本征值。
17. 归纳学习过的对易算符和非对易算符。
答[][]ˆˆˆˆˆˆ,,,,,x y z x pi y p i z pi ⎡⎤===⎣⎦[][][][][][]ˆˆˆˆˆˆ,0,,0,,0ˆˆˆˆˆˆ,0,,0,,0ˆˆˆˆˆˆ,0,,0,,0,x y y z x z x y z x y y z x zp p p p p p y p z p xp ===⎡⎤⎡⎤===⎣⎦⎣⎦⎡⎤===⎣⎦222ˆˆˆˆˆˆˆˆˆ,,,,,ˆˆˆˆˆˆˆˆˆ,0,,0,,0x y z y z xz x yxy zL L i L LL i L L L i L L L i L L L LL LL ⎡⎤⎡⎤⎡⎤===⎣⎦⎣⎦⎣⎦⨯=⎡⎤⎡⎤⎡⎤===⎣⎦⎣⎦⎣⎦18. 什么叫做力学量的完全集合？答：要完全确定体系所处的状态（消除简并），需要有一组相互对易的力学量（即通过它们的本征值来完全确定体系所处的状态）。
这一组完全确定体系状态的力学量成为力学量的完．．．．．全集合．．．。
在完全集合中，力学量的数目一般与体系的自由度的数目相等。
19. 用什么方式表示非对易算符在某一个状态下的不确定性？答：非对易算符力学量在同一个态中的不确定程度可以用下列方式表示：偏差：ˆˆˆˆˆˆ,FF FG G G ∆=-∆=-，方差：()()2222ˆˆˆˆˆ(),()F F F G G G ∆=-∆=-，均方偏差：()()2222ˆˆˆˆˆ(),()FF FG G G ∆=-∆=-均方根偏差（标准差）：()()22ˆˆˆˆ,F FF G GG ∆=-∆=-20. 坐标和动量的测不准原理是什么？答：坐标和动量没有共同的本征函数，故不能同时被准确确定。
由海森堡不确定关系：()()()()22222ˆˆˆ,,ˆˆˆˆˆˆ,ˆˆˆ,,ˆˆˆˆ,1ˆˆˆ4F G i F FF GG G F G i F F F G GG FGκκκ⎡⎤=⎣⎦∆=-∆=-⎡⎤∆∆=⎣⎦∆=-∆=-∆∆≥对于一维坐标和动量算符：Assignment 1 for Quantum Mechanics1. 什么理论支持光的波动性？什么实验又体现了光的粒子性？光的粒子性表现在光子的能量和动量表达式中，请写出他们。
答：光的干涉和衍射理论都支持光的波动性；光电效应实验体现了光的粒子性；光子的能量和动量表达式为：→→====k n h p w h E λν,。
2. 什么实验表明了电子的波动性？什么实验说明微观粒子的波是几率幅波？答：电子双缝干涉实验表明了电子的波动性；氢原子核外电子的电子云实验说明了微观粒子的波是几率幅波。
3. 对于相干的光波，什么物理量是可以叠加的？对于非相干的光波，什么物理量是不可以叠加的？什么物理量是可以叠加的？答：对于相干的光波，其波函数是可以叠加的；对于非相干的光波，其波函数是不可以叠加的，其光强是可以叠加的。
4. 对于不相干的宏观粒子，几率可以相加吗？对于微观粒子，几率可以相加吗？几率幅可以相加吗？答：对于不相干的宏观粒子，几率可以叠加；对于不相干的微观粒子，几率可以叠加，几率幅不可以叠加。
5. 什么叫做波函数的强度？答：波函数振幅绝对值的平方。
6. 什么叫做几率密度？用什么表示？答：在时刻t ，在（x ，y ，z ）点附近单位体积内找到粒子的几率，用归一化后的波函数的平方表示，即2|),,,(|t z y x ψ。
7. 什么叫做波函数归一化？答：设在空间点（x ，y ，z ）处单位体积找到粒子的几率为几率密度，用),,,(t z y x w 表示，则2|),,,(|),,,(),,,(t z y x C d t z y x dW t z y x w φτ==，其中),,,(t z y x φ是描写离子状态的波函数，则对上式在全空间积分，得到粒子在全空间出现的几率，这个几率等于1，所以有⎰∞=1|),,,(|2τφd t z y x C ，若存在波函数),,,(),,,(t z y x C t z y x φψ=，则这两个波函数所描述的是同一个状态。
若⎰∞=1|),,,(|2τψd t z y x ，则称),,,(t z y x ψ为归一化波函数，上式称为归一化条件把),,,(t z y x φ换为),,,(t z y x ψ的步骤称为归一化，常数C 称为归一化常数。
8. 写出自由粒子波函数。
答：)(),(t E r p i p o o o eA t r -⋅→→→⋅=ψ9. 希尔伯特空间的基矢有和性质？在希尔伯特空间中，写出任意矢量的表达式。
答：∑==Nn nnC 1ψψ，希尔伯特空间的基矢是正交归一的。
10. 什么是平方可积函数？什么是束缚态？其波函数有何特点？答：波函数的平方在全空间的积分是有限值，即⎰∞<全空间dr r 2|)(|ψ，无限远处为零的波函数多描述的状态称为束缚态，其特点是当0)(,=∞→r r ψ。