5.2 简并情况下的微扰理论 5.3氢原子的以及斯塔克效应
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第五章 微扰理论本章介绍:在量子力学中,由于体系的哈密顿算符往往比较复杂,薛定谔方程能严格求解的情况不多(一维谐振子,氢原子)。
因此,引入各种近似方法就显得非常重要,常用的近似方法有微扰论,变分法,WKB (半经典近似),Hatree-Fock 自恰场近似等。
本章将介绍微扰论和变分法。
本章将先讨论定态微扰论和变分法,然后再讨论含时微扰以及光的发射和吸收等问题。
§5.1 非简并定态微扰论 §5.2 简并定态微扰论§5.3 氢原子的一级Stark 效应§5.4 变分法§5.5 氦原子基态§5.6 含时微扰§5.7 跃迁几率和黄金费米规则§5.8 光的发射与吸收§5.9 选择定则附录: 氦原子基态计算过程非简并定态微扰论本节将讨论体系受到外界与时间无关的微小扰动时,它的能量和波函数所发生的变化。
假设体系的哈密顿量不显含时间,能量的本征方程ˆH E ψψ= 满足下列条件: ˆH 可分解为 0ˆH 和 ˆH '两部分,而且 0ˆH 远大于ˆH'。
00ˆˆˆˆˆ H H H H H ''=+ 0ˆH 的本征值和本征函数已经求出,即 0ˆH 的本征方程(0)(0)(00ˆn n n H E ψψ=中,能级(0)n E 和波函数(0)n ψ都是已知的。
微扰论的任务就是从0ˆH 的本征值和本征函数出发,近似求出经过微扰ˆH ' 后,ˆH 的本征值和本征函数。
3. 0ˆH 的能级无简并。
严格来说,是要求通过微扰论来计算它的修正的那个能级无简并的。
例如我们要通过微扰计算ˆH '对 0ˆH 的第n 个能级(0)n E 的修正,就要求(0)n E 无简并,它相应的波函数只有(0)n ψ一个。
其他能级既可以是简并的,也可以是无简并的。
4. 0H 的能级组成分离谱。
严格说来,是要求通过微扰来计算它的修正的那个能级(0)n E 处于分离谱内,(0)n ψ是束缚态。
氢原子能级的一级斯塔克效应本文将介绍氢原子能级的一级斯塔克效应,包括其概念、特点以及在相关领域的应用。
我们将确定文章的类型为科普类文章,旨在让读者对氢原子能级的一级斯塔克效应有一个基本的了解。
关键词:氢原子能级,一级斯塔克效应,量子力学,原子结构氢原子能级的一级斯塔克效应是一种重要的量子力学现象,它在原子结构和化学反应中有着广泛的应用。
那么,什么是氢原子能级的一级斯塔克效应呢?在本文中,我们将从氢原子能级的基本概念、一级斯塔克效应的定义和特点等方面进行介绍。
氢原子能级是指氢原子在不同能量状态下的量子力学能级。
根据量子力学的理论,氢原子的能级是离散的,且具有一定的能量值。
这些能量值与氢原子的原子序数之间满足玻尔兹曼分布。
一级斯塔克效应是指当一个氢原子与另一个具有较高能量的氢原子相互接近时,其能级将发生分裂的现象。
这种分裂是由于两个氢原子的相互作用所致,也称为“斯塔克分裂”。
在实验中,这种能级分裂的大小可以通过光谱学方法进行测量。
一级斯塔克效应具有几个重要的特点。
它是一种量子力学现象,与经典力学不同。
它反映了两个氢原子之间的相互作用,这种相互作用是由于它们之间的电荷分布相互作用所产生的。
一级斯塔克效应的能级分裂大小与两个氢原子的相对位置密切相关。
氢原子能级的一级斯塔克效应是一种重要的量子力学现象,在原子结构和化学反应中具有广泛的应用。
通过了解一级斯塔克效应的概念和特点,我们可以更好地理解量子力学的基本原理和原子结构的基本知识。
这些知识不仅在科学研究领域中具有重要的应用价值,而且在日常生活中也具有一定的指导意义。
例如,在化学反应中,一级斯塔克效应可以帮助我们理解化学键的形成和断裂现象;在材料科学领域,一级斯塔克效应可以帮助我们设计具有特定能带结构的材料,从而实现光电器件和太阳能电池等功能。
一级斯塔克效应还与核聚变、超导、量子计算等领域具有一定的关联性,为我们提供了更广阔的思考空间和探索方向。
氢原子能级的一级斯塔克效应是一个具有重要意义的物理现象。
学号:14081601101毕业论文题目:用简并定态微扰理论求氢原子的二级斯塔克效应作者届别2012学院物理与电子学院专业物理学指导老师职称教授完成时间2012年5月摘要本文主要在氢原子的一级斯塔克效应的基础上计算其二级斯塔克效应,在氢原子的一级斯塔克效应中,当n=2时能级有分裂,简并有消除,但是并没有完全消除,对氢原子进行二次斯塔克效应的研究,发现简并没有消除只是能级发生了移动。
这很好的解释了氢原子的赖曼线系第一条谱线在电场作用下分裂为三条的原因。
关键词:氢原子;简并;斯塔克效应AbstractThis thesis mainly account the second order Stark effect of hydrogen atom based on its first order Stark effect. When n = 2, there is fission in energy level and elimination in degeneracy in the first order Stark effect of hydrogen atom. But the degeneracy does not absolutely disappear. While researching on the second order Stark effect of hydrogen atom, the author of this thesis finds that there is only shift in energy level and no elimination of the degeneracy, which well explains the reason why the first line in the Lai Man line of hydrogen atom is divided into three spectrum lines.Keyword: Hydrogen atom;Degeneracy;Stark effect目录摘要...............................................................................................I I Abstract............................................................................................I II 目录 (IV)第一章绪论 (1)1.1引言 (1)1.2选题的意义 (1)1.3本文主要研究内容 (1)第二章氢原子n=2的一级斯塔克效应的介绍 (2)第三章氢原子n=2的二级斯塔克效应的计算 (4)第四章氢原子n=3的二级斯塔克效应的计算 (7)第五章结果分析 (12)参考文献 (13)致谢 (14)第一章绪论1.1引言对于能量本征值E有多个能量本征函数称为简并,只有一个独立的解称为不简并。
量子力学第五章微扰理论微扰理论在量子力学中,由于体系的哈密顿算符往往比较复杂,薛定谔方程能够严格求解的情况寥寥可数。
因此,引入各种近似方法以求解薛定谔方程的问题就显得十分重要。
常用的近似方法有微扰论、变分法等。
不同的近似方法有不同的适用范围。
在本章中将讨论分立谱的微扰理论、变分法。
由于体系的哈密顿算符既可以显含时间,又可以不显含时间,因此,近似方法也可以分为适用于定态的和适用于非定态的两类。
本章将先讨论定态的微扰理论、变分法,然后再讨论含时间的微扰理论以及光的发射和吸收等问题。
§5. 1 非简并定态微扰理论近似方法的精神是从已知的简单问题的准确解出发,近似地求较复杂一些的问题的解。
当然,我们还希望了解这些求解方法的近似程度,估算出近似解和准确解之间的最大偏离。
本节将讨论体系在受到外界与时间无关的微小扰动时,它的能级和波函数所发生的变化。
假定体系的哈密顿量H不显含t,能量的本征方程:Hψ=Eψ (5.1.1)满足下述条件:(1) H可分解为H(0)和H'两部分,而且H'远小于H(0)H=H(0) + H' (5.1.2) H'H(0) (5.1.3)(5.1.3)式表示,H与H(0)的差别很小,H'可视为加于H(0)上的微扰。
(5.1.3)式的严格意义将在后面再详细说明。
由于H 不显含t,因此,无论H(0)或是H'均不显含t。
(2) H(0) 的本征值和本征函数已经求出,即H(0)的本征方程(0)(0)(0)H(0)ψn=Enψn (5.1.4)中,能级En及波函数ψn都是已知的。
微扰论的任务就是从H(0)的本征值和本征函数出发,近似求出经过微扰后,H的本征值和本征函数。
(3) H(0)的能级无简并。
严格说来,是要求通过微扰论来计算它的修正的那个能级无简并,例如,要通过微扰论计算H'对H(0)的第n个能级En的修正,就要求En不简并,它相应的波函数(0)ψn只有一个。