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曾谨言量子力学教程第3版笔记和课后习题详解

内容简介

本书是曾谨言主编的《量子力学教程》(第3版)的学习辅导书,主要包括以下内容:

(1)梳理知识脉络,浓缩学科精华。本书每章的复习笔记均对该章的重难点进行了整理,并参考了国内名校名师讲授该教材的课堂笔记。因此,本书的内容几乎浓缩了该教材的所有知识精华。

(2)详解课后习题,巩固重点难点。本书参考大量相关辅导资料,对曾谨言主编的《量子力学教程》(第3版)的课后思考题进行了详细的分析和解答,并对相关重要知识点进行了延伸和归纳。

(3)精编考研真题,培养解题思路。本书精选详析了部分名校近年来的相关考研真题,这些高校均以该教材作为考研参考书目。所选考研真题基本涵盖了每章的考点和难点,考生可以据此了解考研真题的命题风格和难易程度,并检验自己的复习效果。

试读(部分内容)

第1章 波函数与Schrödinger方程

1.1 复习笔记

一、波函数的统计诠释

1实物粒子的波动性

de Broglie(1923)提出了实物粒子(静质量m≠0的粒子,如电子)也具有波粒二象性(wave-particle duality)的假设,即与动量为p和能量为E的粒子相应的波的波长λ和频率ν为

并称之为物质波(matter wave).

2波粒二象性的分析

(1)包括波动力学创始人Schrödinger,de Broglie等在内的一些人,他们曾经把电子波理解为电子的某种实际结构,即看成三维空间中连续分布的某种物质波包.物质波包的观点显然夸大了波动性一面,而实质上抹杀了粒子性一面,是带有片面性的.

(2)与物质波包相反的另一种看法是:波动性是由于有大量电子分布于空间而形成的疏密波.它夸大了粒子性一面,而实质上抹杀了粒子的波动性一面,也带有片面性.

然而,电子究竟是什么东西?是粒子?还是波?电子既是粒子,也是波,它是粒子和波动两重性矛盾的统一.但这个波不再是经典概念下的波,粒子也不再是经典概念中的粒子

3概率波,多粒子体系的波函数

粒子性与波动性统一起来.更确切地说,把微观粒子的“原子性”与波的“相干叠加性”统一起来的是M.Born(1926)提出的概率波.

表征在r点处的体积元

中找到粒子的概率.这就是Born提出的波函数的概率诠释.它是量子力学的基本原理之一.

根据波函数的统计诠释,很自然要求该粒子(不产生,不湮没)在空间各点的概率之总和为1,即要求波函数ψ(r)满足下列条件

这称为波函数的归一化(normalization)条件.

归一化条件就可以简单表示为

(ψ,ψ)=1

4动量分布概率

动量分布概率密度即

5不确定性原理与不确定度关系

不管粒子处于什么量子态下,它的位置(坐标)和动量不能同时具有完全确定的值,这就是Heisenberg的不确定性原理,上式是它的数学表示式,它是波粒二象性的反映.

6力学量的平均值与算符的引进

称为动量算符.

l是一个矢量算符.它的三个分量可以表示为

一般说来,粒子的力学量A的平均值可如下求出

是与力学量A相应的算符.如波函数未归一化,则

与经典Hamilton量H=T+V相应的算符表示为

7统计诠释对波函数提出的要求

统计诠释赋予了波函数确切的物理含义.根据统计诠释,究竟应对波函数ψ(r)提出哪些要求?

(1)根据统计诠释,要求|ψ(r)|2取有限值似乎是必要的,即要求ψ(r)取有限值.

(2)按照统计诠释,一个真实的波函数需要满足归一化条件(平方可积)

但概率描述中实质的问题是相对概率.因此,在量子力学中并不排除使用某些不能归一化的理想的波函数

(3)按照统计诠释,要求|ψ(r)|2单值.是否由此可得出要求ψ(r)单值?否.

(4)波函数ψ(r)及其各阶微商的连续性.

二、Schrödinger方程

1Schrödinger方程的引进

在势场V(r)中的粒子的波函数满足的微分方程,称为Schrödinger波动方程,它揭示了微观世界中物质运动的基本规律.

2Schrödinger方程的讨论

(1)定域的概率守恒

对于一个粒子来说,在全空间中找到它的概率之总和应不随时间改变.即

(1)

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