武汉大学2014-2015高等量子力学考试试题

量子力学导论考试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 量子力学中，波函数的模平方代表什么？A. 粒子的动量B. 粒子的位置C. 粒子的概率密度D. 粒子的能量2. 海森堡不确定性原理中，哪两个物理量不能同时准确测量？A. 位置和动量B. 能量和时间C. 电荷和质量D. 速度和加速度3. 薛定谔方程是量子力学的哪个基本方程？A. 描述粒子运动的方程B. 描述粒子能量的方程C. 描述粒子自旋的方程D. 描述粒子相互作用的方程4. 以下哪个不是量子力学中的守恒定律？A. 能量守恒B. 动量守恒C. 角动量守恒D. 电荷守恒5. 量子力学中的“量子”一词意味着什么？A. 一个基本粒子B. 一个基本的物理量C. 一个离散的量D. 一个连续的量6. 波粒二象性是量子力学中的一个基本概念，它指的是什么？A. 粒子同时具有波和粒子的特性B. 粒子只能表现为波或粒子C. 粒子在宏观尺度下表现为波，在微观尺度下表现为粒子D. 粒子在宏观尺度下表现为粒子，在微观尺度下表现为波7. 量子纠缠是什么现象？A. 两个或多个粒子之间存在一种特殊的相互作用B. 两个或多个粒子的波函数是相互独立的C. 两个或多个粒子的波函数是相互关联的D. 两个或多个粒子的动量是相互关联的8. 量子隧道效应是指什么？A. 粒子在没有足够能量的情况下也能通过势垒B. 粒子在有足够能量的情况下不能通过势垒C. 粒子在有足够能量的情况下更容易通过势垒D. 粒子在没有足够能量的情况下不能通过势垒9. 以下哪个实验验证了量子力学的波粒二象性？A. 光电效应实验B. 双缝实验C. 康普顿散射实验D. 光电效应实验和康普顿散射实验10. 量子力学中的“叠加态”指的是什么？A. 粒子同时处于多个状态B. 粒子只处于一个状态C. 粒子的状态是随机的D. 粒子的状态是确定的二、简答题（每题10分，共30分）1. 简述量子力学中的波函数坍缩概念。

2. 解释什么是量子力学的测量问题。

武汉大学物理科学与技术学院2014---2015学年第一学期《大学物理B 》（下）期末试卷A班级:_____________ 姓名:_____________ 学号:_____________ 日期: 2014 年 12 月 21 日 成绩:_____________（共9题，总分100分）1．（本题12分）（1931）如图所示，两根相互绝缘的无限长直导线1和2绞接于O 线间夹角为θ，通有相同的电流I ．试求单位长度的导线所受磁力对O 的力矩．2．（本题12分）（2482）一根同轴线由半径为R 1的长导线和套在它外面的内半径为R 2、外半径为R 3的同轴导体圆筒组成．中间充满磁导率为μ的各向同性均匀绝缘材料，如图．传导电流I 沿导线向上流去，由圆筒向下流回，在它们的截面上电流都是均匀分布的．求同轴线内外的磁感强度大小B 的分布．3. 本题12分 (2498) 载流长直导线与矩形回路ABCD 共面，导线平行于AB ，如图所示．ABCD 以垂直于导线的速度v远离导线匀速平移运动，t=0时矩形回路ABCD 位于图示位置。

在下列情况下，求t 时刻矩形回路ABCD 中的感应电动势大小： (1) 长直导线中电流不变I = I 0．(2) 长直导线中电流I = I 0 sin ω t ．4．本题12分(3660)用波长为500 nm (1 nm=10-9 m)的单色光垂直照射到由两块光学平玻璃构成的空气劈形膜上．在观察反射光的干涉现象中，距劈形膜棱边l = 1.56 cm 的A 处是从棱边算起的第四条暗条纹中心． (1) 求此空气劈形膜的劈尖角θ；(2) 改用600 nm 的单色光垂直照射到此劈尖上，仍观察反射光的干涉条纹，A 处是明条纹还是暗条纹？（通过计算回答）5 本题10分 (3530)一衍射光栅，每厘米200条透光缝，每条透光缝宽为a=2×10-3 cm ，在光栅后放一焦距f=1 m 的凸透镜，现以λ=600 nm (1 nm =10-9 m)的单色平行光垂直照射光栅，求： (1) 透光缝a 的单缝衍射中央明条纹宽度为多少？ (2) 在该宽度内，有几个光栅衍射主极大？6. 本题10分 (3772)有两个偏振片P 1、 P 2叠在一起，其偏振化方向之间的夹角为45°．一束强度为I 0的光垂直入射到偏振片上，该入射光由强度相同的自然光和线偏振光混合而成．此入射光中线偏振光矢量与P 1的偏振化方向之间的夹角θ多大时才能使连续透过两个偏振片后的光束强度最大？在此情况下，透过第一个偏振片的和透过两个偏振片后的光束强度各是多大？7．本题10分 （4364）一艘宇宙飞船的船身固有长度为L 0 =90 m ，相对于地面以=v 0.8 c (c 为真空中光速)的匀速度在地面观测站的上空飞过．(1) 观测站测得飞船的船身长度是多少？(2) 观测站测得飞船的船身通过观测站的时间间隔是多少？ (3) 宇航员测得船身通过观测站的时间间隔是多少？8．本题12分 （4505）用波长λ0 =0.10nm 的光子做康普顿实验． (1) 散射角θ＝90°的康普顿散射波长是多少？ (2) 反冲电子获得的动能有多大？ (普朗克常量h =6.63×10-34 J·s ，电子静止质量m e =9.11×10-31 kg)9. 本题10分 (4526)粒子在一维矩形无限深势阱中运动，其波函数为： )/sin(/)(a x a x π=2ψ (0 <x <a )求： (1) 粒子出现的概率为最大的位置．(2) 粒子在 0－a /4区间内出现的概率． [提示： C x x x x +-=⎰2sin )4/1(21d sin 2]2014---2015学年第一学期《大学物理B 》（下）试卷答案考试日期: 2014年12月21日（共9 题，总分100分）1．（本题12分）（1931）解：在任一根导线上(例如导线2)取一线元d l ，该线元距O 点为l ．该处的磁感强度为 θμsin 20l IB π=2分方向垂直于纸面向里． 1分电流元I d l 受到的磁力为 B l I F⨯=d d 2分其大小 θμsin 2d d d 20l lI l IB F π== 2分方向垂直于导线2，如图所示．该力对O 点的力矩为θμs i n 2d d d 20π==lI F l M 2分任一段单位长度导线所受磁力对O 点的力矩⎰⎰+π==120d s i n 2d l ll I M M θμθμs i n 220π=I 2分 导线2所受力矩方向垂直图面向上，导线1所受力矩方向与此相反． 1分2．（本题12分）（2482） 解：由安培环路定理：∑⎰⋅=i I l Hd0< r <R 1区域： 212/2R Ir rH =π212R Ir H π=， 2102R Ir B π=μ 3分 R 1< r <R 2区域： I rH =π2r I H π=2， rIB π=2μ 3分R 2< r <R 3区域： )()(22223222R R R r I I rH ---=π ， )1(22223222R R R r r IH ---π= )1(2222322200R R R r r IH B ---π==μμ 3分 r >R 3区域： H = 0，B = 0 3分3. 本题12分 (2498) 解：(1) )11(2001tb a t a l I v v v++-+π=με 4分(2) vta vtb a lI +++π=ln20μΦ 4分td d 2Φ-=ε2)(sin lncos vtb a vt a t lvI vt a vt b a tlI ++-+π++++π-=11220000ωμωωμ4分4．本题12分(3660)解：(1) 棱边处是第一条暗纹中心，在膜厚度为e 2＝λ21处是第二条暗纹中心，依此可知第四条暗纹中心处，即A 处膜厚度 e 4=λ234分 ∴ ()l l e 2/3/4λθ==＝4.8×10-5 rad 4分(2) 由上问可知A 处膜厚为 e 4＝3×500 / 2 nm ＝750 nm对于λ＇＝600 nm 的光，连同附加光程差，在A 处两反射光的光程差为λ'+2124e ，它与波长λ'之比为0.321/24=+'λe ．所以A 处是明纹 4分5 本题10分 (3530)解：(1) a sin ϕ = k λ tg ϕ = x / f 3分 当x << f 时，ϕϕϕ≈≈sin tg , a x / f = k λ , 取k = 1有x = f λ/ a = 0.03 m 1分 ∴中央明纹宽度为 Δx = 2x = 0.06 m 1分 (2) ( a + b ) sin ϕ λk '=='k ( a ＋b ) x / (f λ)= 2.5 3分 取k '= 2，共有k '= 0，±1，±2 等5个主极大 2分6. 本题10分 (3772)解：θ表示入射光中线偏振光的光矢量振动方向与P 1的偏振化方向之间的夹角，则透过P 1后的光强度I 1为θ2001cos 212121I I I +⎪⎭⎫ ⎝⎛= 3分 连续透过P 1、P 2后的光强I 2o45212cos I I =()45cos cos 214/2200⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=θI I 3分要使I 2最大，应取cos 2θ＝1，即θ＝0，入射光中线偏振光的光矢量振动方向与P 1的偏振化方向平行．此情况下， I 1＝3 I 0 / 4 2分()8/345cos 4/30202I I I == 2分7．本题10分 （4364）解：(1) 观测站测得飞船船身的长度为 =-=20)/(1c L L v 54 m 4分(2) 观测站测得飞船的船身通过观测站的时间间隔是 t 1 = L /v =2.25×10-7 s 3分 (3) 宇航员测得飞船船身的长度为L 0，则 t 2 = L 0/v =3.75×10-7 s 3分8．本题12分 （4505）解：(1) 康普顿散射光子波长改变：=-=∆)cos 1)(/(φλc m h e 0.024×10-10 m 4分=+=∆λλλ0 1.024×10-10 m 2分(2) 设反冲电子获得动能2)(c m m E e K -=，根据能量守恒： K e E h c m m h h +=-+=ννν20)( 4分 即 K E hc hc ++=∆)]/([/00λλλ故 )](/[00λλλλ∆∆+=hc E K =4.66×10-17 J =291 eV 2分9. 本题10分 (4526)解： （1）粒子的位置概率密度)/(sin )/2()(22a x a x π=ψ)]/2cos(1)[2/2(a x a π-= 2分当 1)/2c o s (-=πa x 时， 2)(x ψ有最大值．在0≤x ≤a 范围内可得 π=πa x /2 a x 21=． 3分 （2）粒子在 dx 区间内出现的概率 x ax a x P d sin 2d d 22π==ψ2分 粒子位于0 – a /4内的概率为： x a x a P a d sin 24/02⎰π=)d(sin 24/02a x a x a a a πππ=⎰ 4/021]2sin 41[2a a x a xπππ-=)]42sin(414[221aa a a π-ππ= =0.091 3分。

量子力学试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 量子力学的基本原理之一是：A. 牛顿运动定律B. 薛定谔方程C. 麦克斯韦方程组D. 热力学第二定律2. 波函数的绝对值平方代表：A. 粒子的动量B. 粒子的能量C. 粒子在某一位置的概率密度D. 粒子的波长3. 以下哪个不是量子力学中的守恒定律？A. 能量守恒B. 动量守恒C. 角动量守恒D. 电荷守恒4. 量子力学中的不确定性原理是由哪位物理学家提出的？A. 爱因斯坦B. 波尔C. 海森堡D. 薛定谔5. 在量子力学中，一个粒子的波函数可以表示为：B. 一个复数C. 一个向量D. 一个矩阵二、简答题（每题10分，共30分）1. 简述海森堡不确定性原理，并解释其在量子力学中的意义。

2. 解释什么是量子纠缠，并给出一个量子纠缠的例子。

3. 描述量子隧道效应，并解释它在实际应用中的重要性。

三、计算题（每题25分，共50分）1. 假设一个粒子在一维无限深势阱中，其波函数为ψ(x) = A *sin(kx)，其中A是归一化常数。

求该粒子的能量E。

2. 考虑一个二维电子在x-y平面上的波函数ψ(x, y) = A * e^(-αx) * cos(βy)，其中A是归一化常数。

求该电子的动量分布。

答案一、选择题1. B. 薛定谔方程2. C. 粒子在某一位置的概率密度3. D. 电荷守恒4. C. 海森堡二、简答题1. 海森堡不确定性原理指出，粒子的位置和动量不能同时被精确测量，其不确定性关系为Δx * Δp ≥ ħ/2，其中ħ是约化普朗克常数。

这一原理揭示了量子世界的基本特性，即粒子的行为具有概率性而非确定性。

2. 量子纠缠是指两个或多个量子系统的状态不能独立于彼此存在，即使它们相隔很远。

例如，两个纠缠的电子，无论它们相隔多远，测量其中一个电子的自旋状态会即刻影响到另一个电子的自旋状态。

3. 量子隧道效应是指粒子在经典物理中无法穿越的势垒，在量子物理中却有一定概率能够穿越。

练习28.1 证明: ()[]()t G t G -=-++00证明: 根据公式(28.4)()()()00H t t ie t t it t G '--±'±='-θ可知()()00tH ie t it G-+-=θ()()()00H t i e t i t G ---+=-θ则()[]()()000tH i tH i e t ie t i t G θθ=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=+-++()()()t G e t i H t i-==---00θ #28.2证明下列二式成立：()()()()⎰∞∞-±±±±--+-=-''dt 't t VG ''t t G 't t G 't t G 00()()()()⎰∞∞-±±±±--+-=-''dt 't ''t VG ''t t G 't t G 't t G 00证明：因为：()()()⎰∞+∞---±±π=-dE e E G 21't t G 't t E i()()()⎰∞+∞---±±π=-dE e E G 21't t G 't t E i00又因为：()()()()E VG E G E G E G 00±±±±+=即有()()()()()()[]()()()()()()()()()()()()()''dt t ''t VG ''t t G 't t G dE e E VG E G 21't t G dE e E VG E G 21dE e E G 21dE e E VG E G E G 21dE e E G 21't t G '00't t E i00't t E i 0't t E i 0't t E i00't t E i00--+-=π+-=π+π=+π=π=-±∞+∞-±±∞+∞---±±±∞+∞---±±∞+∞---±∞+∞---±±±∞+∞---±±⎰⎰⎰⎰⎰⎰又因为()()()()()()()E VG E G E G E VG E G E G E G 0000±±±±±±±+=+=同理可证得()()()()''dt t ''t VG ''t t G 't t G 't t G '00--+-=-±+∞∞-±±±⎰综上所述()()()()()()()()''dt t ''t VG ''t t G 't t G 't t G ''dt t ''t VG ''t t G 't t G 't t G '0'00--+-=---+-=-±∞+∞-±±±±+∞∞-±±±⎰⎰两式成立。

高等量子力学试题库一、简述题1. (§1.4)试以一维线性谐振子基函数所构成的空间为例，说明一般矢量空间的维数与位形空间维数的区别 2. (§2.4)试述幺正算符的性质 3. (§3.2)试述本征子空间的概念 4. (§3.3)试述厄米算符完备组的概念和建立厄米算符完备组的必要性 5. (§6.2)试述量子力学的基本原理 6. (§11)试述相互作用绘景与薛定谔绘景、海森伯绘景的区别和联系7. (§17.2)设氢原子的定态狄拉克方程为 ψψβαE r e mc P c =-+⋅)ˆ(212 ，为求氢原子哈密顿算符Hˆ 确切的本征矢量，试确定包含Hˆ在内的厄米算符完备组 8. (§19)若系统的哈密顿具有下列对称性（1）空间反演（2）空间平移（3）空间转动（4）SO(4)（5）时间平移，试分别给出这些对称性所带来的守恒量9. (§21.2)对于 Fermi 子，试讨论由时间反演引起的简并。

（提示：参阅曾书335页） 10. (§23)试述角动量耦合与3j ，6j 和9j 符号之间的关系11. (§23.7)对具有两个价电子的原子，设两电子的轨道和自旋角动量分别为21,L L 和21,S S，试在希尔伯特空间中给出两组可能的耦合基矢 12. (§34.4)试给出位置表象中的Hartree-Fock 方程并叙述其物理意义 二、证明题1. (§1.1)利用矢量空间的加法运算法则证明零矢量是唯一的2. (§1.1)利用矢量空间的数乘运算法则证明：若0=a ψ，则0=a 或0=ψ3. (§1.2)对于任意ψ和ϕ，试证：ϕψϕψ+≤+4. (§1.5)试证明：若三个右矢ψ、ϕ和χ满足χϕψ=+，则有χϕψ=+5. (§2.3)证明定理：在复矢量空间中，若算符A 对其定义域中的任意ψ满足0=ψψA ，则必有0=A6. (§2.4)证明定理：算符H 为厄米算符的充要条件是对其定义域中的所有矢量ψ满足=ψψH 实数7. (§2.4)证明：若I U U =+，则对任意ψ和ϕ，U 满足ϕψϕψ=U U ，进而证明，幺正变换不改变矢量的模8. (§2.4)设U 是幺正算符，试证明：在矢量空间中，若{}iν是一组基矢，则{iU ν也是一组基矢9. (§2.5)证明投影算符是厄米算符，并由全空间的投影算符证明基矢的完全性关系 10. (§3.1)证明：复空间中厄米算符的本征值都是实数11. (§3.1)证明：厄米算符属于不同本征值的两个本征矢量互相正交12. (§3.1)证明：若B A ,两算符相似，则二者有相同的本征值谱，且每一本征值都有相同的简并度 13. (§6.6)设i a 是算符A 属于本征值i a 的本征函数，即满足i i i a a a A =，且定义物理量在状态ψ中的平均值为ψψA A =。

量子力学考试题量子力学考试题（共五题，每题20分）1、扼要说明：（a ）束缚定态的主要性质。

（b ）单价原子自发能级跃迁过程的选择定则及其理论根据。

2、设力学量算符（厄米算符）∧F ，∧G 不对易，令∧K ＝i （∧F ∧G -∧G ∧F ），试证明：（a ）∧K 的本征值是实数。

（b ）对于∧F 的任何本征态ψ，∧K 的平均值为0。

（c ）在任何态中2F +2G ≥K3、自旋/2的定域电子（不考虑“轨道”运动）受到磁场作用，已知其能量算符为S H ??ω=∧H ＝ω∧z S +ν∧x S （ω，ν>0，ω?ν）（a ）求能级的精确值。

（b ）视ν∧x S 项为微扰，用微扰论公式求能级。

4、质量为m 的粒子在无限深势阱（0<x</x5、某物理体系由两个粒子组成，粒子间相互作用微弱，可以忽略。

已知单粒子“轨道”态只有3种：a ψ(→r )，b ψ(→r )，c ψ(→r )，试分别就以下两种情况，求体系的可能（独立）状态数目。

（i ）无自旋全同粒子。

（ii ）自旋 /2的全同粒子（例如电子）。

量子力学考试评分标准1、（a ），（b ）各10分（a ）能量有确定值。

力学量（不显含t ）的可能测值及概率不随时间改变。

（b ）（n l m m s ）→（n’ l’ m’ m s ’）选择定则：l ?＝1±，m ?＝0,1±，s m ?＝0 根据：电矩m 矩阵元-e →r n’l’m’m s ’，n l m m s ≠0 2、（a ）6分（b ）7分（c ）7分（a ）∧K 是厄米算符，所以其本征值必为实数。

（b ）∧F ψ＝λψ，ψ∧F ＝λψ K ＝ψ∧K ψ＝i ψ∧F ∧G -∧G ∧F ψ ＝i λ｛ψ∧G ψ-ψG ψ｝＝0 （c ）(∧F +i ∧G )(∧F -i ∧G )=∧F 2+∧G 2-∧Kψ(∧F +i ∧G )(∧F -i ∧G )ψ=︱(∧F -i ∧G )ψ︱2≥0 ∴<∧F 2+∧G 2-∧K >≥0，即2F +2G ≥K 3、(a)，(b)各10分(a) ∧H ＝ω∧z S +ν∧x S ＝2 ω［1001-］+2 ν［0110］＝2 ［ωννω-］∧H ψ＝E ψ，ψ＝［b a ］，令E ＝2λ，则［λωννλω---］［b a ］＝0，︱λωννλω---︱＝2λ-2ω-2ν＝0 λ＝±22νω+，E 1＝-2 22νω+，E 2＝222νω+ 当ω?ν，22νω+＝ω（1+22ων）1/2≈ω（1+2 22ων）＝ω+ων22E 1≈-2 ［ω+ων22］，E 2 ＝2［ω+ων22］（b ）∧H ＝ω∧z S +ν∧x S ＝∧H 0+∧H’，∧H 0＝ω∧z S ，∧H ’＝ν∧x S∧H 0本征值为ω 21±，取E 1（0）＝-ω 21，E 2（0）＝ω 21相当本征函数（S z 表象）为ψ1(0)＝[10]，ψ2(0)＝[01 ]则∧H ’之矩阵元（S z 表象）为'11H =0，'22H =0，'12H ＝'21H ＝ν 21E 1＝E 1（0）+'11H +)0(2)0(12'21E E H-＝-ω 21+0-ων2241＝-ω21-ων241 E 2＝E2（0）+'22H +)0(1)0(22'12E E H -＝ω 21+ων2414、E 1＝2222ma π，)(1x ψ＝0sin 2a xa π a x x a x ≥≤<<,00x ＝dx x a ?021ψ＝2sin 202a dx a x x a a=?π x p ＝-i ?=a dx dx d011ψψ-i ?=aa x d a 020)sin 21(2π x xp ＝-i ??-=aaa x d a x x a i dx dx d x 0011)(sin sin 2ππψψ ＝-a a x xd a i 02)(sin 1π ＝0sin [12a a x x a i π --?adx a x 02]sin π＝0+?=ai dx ih 02122 ψ 四项各5分5、（i ），（ii ）各10分（i ）s ＝0，为玻色子，体系波函数应交换对称。

1. 请从集合、加分、数乘、内积等概念出发，详细描述什么是希尔伯特（Hibert ）空间。

（12分） 如果我们在集合L ：{,,,...ψϕχ}上规定了加法和数乘运算：（2分） 加法：:,,L ψϕ∀∈总:,L χ∃∈使χψϕ=+ 且满足：()()::,:L L ψϕϕψψϕχψϕχψψϕοψϕψϕο+=+⎧⎪++=++⎪⎨∀∈+=⎪⎪∀∈∃+=⎩（交）（结）有:使: （3分）数乘：:,:L L a ψϕϕψ∀∈∃∈=使: a 为实数 且满足：()()()()()()I a b ab a b a b a a a ψψψψψψψψϕψϕ=⎧⎪=⎪⎨+=+⎪⎪+=+⎩（结）分配分配（3分）我们称这些集合L 为矢量空间。

内积空间：在上述矢量空间L ：{,,,...ψϕχ}中，规定一种内积规则，使得:,,L ψϕ∀∈总存在一个数c 与之对应，记为：(,)c ψϕ=且内积规则满足：(,)(,)*(,)()()(,)(,)(,)0,0a a ψϕϕψψϕχψϕψχψϕψϕψψψ=⎧⎪+=+++⎪⎨=⎪⎪≥=⎩总有仅当时取"="号（3分） 这样的矢量空间L ，我们称之为内积空间。

完全的内积空间即希尔伯特空间。

（1分）2. 已知Schwartz 不等式：(,)ψϕψϕ≤，请证明三角不等式：ψϕψϕ+≤+ 。

（12分） 证明：(,)(,)(,)ψψϕψψψϕ+=+ （2分） (,)(,)*ψϕψψψϕ+=+=[](,)(,)*ψψψϕ+ =(,)(,)ψψϕψ+（2分） (,)(,)(,)ψϕψϕψϕψψϕϕ∴++=+++ (,)(,)(,)(,)ψψϕψψϕϕϕ=+++ 22(,)*(,)ψψϕψϕϕ=+++ 222Re(,)ψψϕϕ=++（4分） 222(,)ψψϕϕ≤++ 222ψψϕϕ≤++2()ψϕ=+ （3分） ψϕψϕ∴+≤+（2分）3. 三维列矩阵空间有一组完全集：1101λ⎛⎫ ⎪= ⎪ ⎪⎝⎭，2110λ⎛⎫ ⎪= ⎪ ⎪⎝⎭，3011λ⎛⎫ ⎪= ⎪ ⎪⎝⎭定义内积为： 1212(,)λλλλ=，用Schmidt 方法求出一组基矢。

量子力学试题及答案一、选择题1. 下列哪个不是量子力学的基本假设？A. 薛定谔方程描述了微观粒子的运动B. 波粒二象性存在C. 粒子的能量只能取离散值D. 电子具有自旋答案：A2. 量子力学中，波函数ψ的物理意义是什么？A. 粒子的位置分布概率幅B. 粒子的动量C. 粒子的自旋D. 粒子的能量答案：A3. 下列哪个是测量厄米算符A的本征值所对应的本征态？A. |A⟩= A|ψ⟩B. A|ψ⟩= λ|ψ⟩C. A|ψ⟩= |ψ⟩D. A|ψ⟩ = 0答案：B4. 对于厄米算符A和B，若它们对易（即[A, B] = 0），则可以同时拥有共同的一组本征态。

A. 正确B. 错误答案：A5. 量子力学中，双缝干涉实验的实验结果说明了下列哪个基本原理？A. 波粒二象性B. 运动不确定性原理C. 量子纠缠D. 全同粒子统计答案：A二、填空题1. 薛定谔方程的一般形式为___________。

答案：iℏ∂ψ/∂t = Hψ2. 微观粒子的自旋可取的两个可能取值是_________。

答案：±1/23. 薛定谔方程描述的是粒子的_________。

答案：波函数4. 在量子力学中，观测算符A的平均值表示为_________。

答案：⟨A⟩ = ⟨ψ|A|ψ⟩5. 测量量子系统时，波函数会坍缩到观测算符A的_________上。

答案：本征态三、简答题1. 请简要解释波粒二象性的概念及其在量子力学中的意义。

答：波粒二象性是指微观粒子既具有粒子性质又具有波动性质。

在量子力学中，波函数描述了粒子的波动性质，可以通过波函数的模的平方得到粒子在不同位置出现的概率分布。

波粒二象性的意义在于解释了微观世界中一些奇特的现象，例如双缝干涉实验和量子隧穿现象。

2. 请简要说明量子力学中的不确定性原理。

答：量子力学中的不确定性原理由海森堡提出，它表明在同时测量一粒子的位置和动量时，粒子的位置和动量不能同时具有确定的值，其精度存在一定的限制。

武汉大学量子力学期末试卷武汉大学物理科学与技术学院2012－2013(二)《量子力学》课程期末考试试题A卷学号：姓名：专业：得分：一、单选题(每题2分，共50分)1. 由氢原子理论知，当大量氢原子处于n=3的激发态时，原子跃迁将发出（ C ）。

A.一种波长的光B.两种波长的光C.三种波长的光D.连续光谱2. 根据玻尔氢原子理论，巴耳末线系中谱线最小波长与最大波长之比为（ A ）。

A. 5/9B. 4/9C. 7/9D. 2/93. 下列各组量子数中，可以描述原子中电子的状态的一项是（ B ）。

A. n=2，l=2，ml = 0， ms = 1/2B. n=3，l=1，ml = -1，ms = -1/2C. n=1，l=2，ml = 1， ms = 1/2D. n=1，l=0，ml = 1， ms = -1/24. 一价金属钠原子，核外共有11个电子。

当钠原子处于基态时，根据泡利不相容原理，其价电子可能取的量子态总数为（ D ）。

A. 2B. 8C. 9D. 185. 下列哪种论述不是定态的特点（ C ）A.几率密度和几率流密度矢量都不随时间变化.B.几率流密度矢量不随时间变化.C.任何力学量的平均值都不随时间变化.D.定态波函数描述的体系一定具有确定的能量.6. 在一维无限深势阱中运动的粒子，其体系的（ D ）A.能量是量子化的，而动量是连续变化的.B.能量和动量都是量子化的.C.能量和动量都是连续变化的.D.能量连续变化而动量是量子化的.7. 在极坐标系下,氢原子体系在不同球壳内找到电子的几率为（ D ）8. 在极坐标系下,氢原子体系在不同方向上找到电子的几率为（ D ）9. F 和G 是厄密算符,则（ D ）必为厄密算符. ?GF 必为厄密算符.(FG+GF)必为厄密算符. (FG?GF)必为厄密算符10. 氢原子能级的特点是（ D ）A.相邻两能级间距随量子数的增大而增大.B.能级的绝对值随量子数的增大而增大.C.能级随量子数的增大而减小.D.相邻两能级间距随量子数的增大而减小.11. .一维自由粒子的运动用平面波描写,则其能量的简并度为（ B ）. B. 2. C. 3. D. 4.drr r R D rdr r R C r r R B rr R A nl nl nl nl 222222)(.)(.)(.)(.12. 下列波函数为定态波函数的是（ C ）A. ψ2B. ψ1和ψ2C. ψ3D. ψ3和ψ413. 设ψ1(x)和ψ2(x)分别表示粒子的两个可能运动状态，则它们线性迭加的态c 1ψ1+ c 2ψ2的几率分布为（ D ）14. 设ψ(x)=δ(x)，在x?x+dx 范围内找到粒子的几率为（ D ）A.δ (x ）B.δ (x)dxC.δ2(x)D.δ2(x)dx15. 用波尔-索末菲(Bohr-Sommerfeld)的量子化条件得到的一维谐振子的能量为（n = 0,1,2,L ）（ C ）A. En=n?ω .B. En=(n+1/2) ?ωC. En = (n+1)?ω .D. En= 2n?ω .16. X 射线康普顿散射证实了（ C ）A.电子具有波动性.B.光具有波动性.C.光具有粒子性.D. 电子具有粒17.有关微观实物粒子的波粒二象性的正确表述是（ C ）2*12*1*21*212222112*1212222112*121222211222211.2...ψψψψψψψψψψψψψψψψC C C C C C D C C C C C C C C C B C C A ++++++++A.波动性是由于大量的微粒分布于空间而形成的疏密波.B.微粒被看成在三维空间连续分布的某种波包.C.单个微观粒子具有波动性和粒子性.D. A, B, C.都对18.力学量算符在自身表象中的矩阵表示是（ A ）A. 以本征值为对角元素的对角方阵. B 一个上三角方阵.C.一个下三角方阵.D.一个主对角线上的元素等于零的方阵.19. 波函数Ψ1 、Ψ2=CΨ1,C为任意常数，（D ）A. Ψ1与Ψ2描写粒子的状态不同.B. Ψ1与Ψ2所描写的粒子在空间各点出现的几率的比是1: C .C. Ψ1与Ψ2所描写的粒子在空间各点出现的几率的比是1：|C|2D. Ψ1与Ψ2所描写粒子的状态相同.20.戴维森和革末的电子晶体衍射实验的实验证实了（ A ）A. 电子具有波动性.B. 光具有波动性.C. 光具有粒子性.D. 电子具有粒子性21. 下面哪个实验现象不能说明电子自旋的存在（ C ）A. 原子光谱精细结构B.反常塞曼效应C. 光的康普顿散射D.斯特恩-盖拉赫实验22. 体系处于ψ=c1Y11+c2Y10 态中,则ψ（ B ）A.是角动量平方算符、角动量Z 分量算符的共同本征函数.B.是角动量平方算符的本征函数,不是角动量Z分量算符的本征函数.C.不是角动量平方算符的本征函数,是角动量Z分量算符的本征函数.D.不是角动量平方算符的本征函数,也不是角动量Z 分量算符的本23. 下列实验哪个不能证明辐射场的量子化（ D ）A 、光电效应B 、原子光吸收C 、黑体辐射D 、电子晶体衍射24. 对易关系[x , p x ]等于( A )B.?i ?C.? ?25. 全同粒子体系中,其哈密顿具有交换对称性,其体系的波函数( C )A.是对称的.B.是反对称的.C.具有确定的对称性.D.不具有对称性二、两个电子的自旋取向分别在x 和y 轴的正向，请问系统处于两电子自旋三重态态的几率有多大(12分)三、三维转子的哈密顿为:其中I 和Δ都是转动惯量，分如下两种情况求体系能量本征值(1)、Δ=0(6分)(2)、Δ不为0，但相对I 是小量，给出能量本征值近似值，精度达到Δ的一次方。

量子力学试题及答案一、单项选择题（每题2分，共10分）1. 量子力学中的波函数描述了粒子的哪种属性？A. 位置B. 动量C. 能量D. 概率密度答案：D2. 哪个原理表明一个粒子的波函数可以展开成一组完备的本征函数？A. 泡利不相容原理B. 薛定谔方程C. 玻恩规则D. 量子态叠加原理答案：D3. 量子力学中，哪个算符代表粒子的位置？A. 动量算符B. 能量算符C. 位置算符D. 角动量算符答案：C4. 量子力学中，哪个原理描述了测量过程对系统状态的影响？A. 海森堡不确定性原理B. 量子纠缠C. 量子退相干D. 量子测量原理答案：D5. 哪个方程是量子力学中描述粒子时间演化的基本方程？A. 薛定谔方程B. 狄拉克方程C. 克莱因-戈登方程D. 麦克斯韦方程答案：A二、填空题（每题2分，共10分）1. 量子力学中，粒子的状态由______描述，而粒子的物理量由______表示。

答案：波函数；算符2. 根据量子力学，粒子的位置和动量不能同时被精确测量，这被称为______。

答案：海森堡不确定性原理3. 在量子力学中，粒子的波函数在空间中的变化遵循______方程。

答案：薛定谔4. 量子力学中的______原理指出，一个量子系统在任何时刻的状态都可以表示为该系统可能状态的线性组合。

答案：态叠加5. 量子力学中，粒子的波函数必须满足______条件，以保证物理量的概率解释是合理的。

答案：归一化三、计算题（每题10分，共20分）1. 假设一个粒子处于一维无限深势阱中，势阱宽度为L。

求该粒子在基态时的能量和波函数。

答案：粒子在基态时的能量E1 = (π^2ħ^2) / (2mL^2)，波函数ψ1(x) = sqrt(2/L) * sin(πx/L)，其中x的范围是0 ≤ x ≤ L。

2. 考虑一个粒子在一维谐振子势能中运动，其势能表达式为V(x) = (1/2)kx^2。

求该粒子的能级和相应的波函数。

答案：粒子的能级En = (n + 1/2)ħω，其中n = 0, 1, 2, ...，波函数ψn(x) = (1/sqrt(2^n n!)) * (mω/πħ)^(1/4) * e^(-mωx^2/(2ħ)) * Hn(x)，其中Hn(x)是厄米多项式。

武汉大学物理科学与技术学院2014－2015(一)《量子力学》课程期末考试试题B 卷学号： 姓名： 专业： 得分：一、单选题(每小题3分，共45分)：1、光电效应和康普顿效应都包含有电子与光子的相互作用过程。

对此，在以下几种理解中，正确的是[ ](A)、两种效应中电子与光子组成的系统都服从动量守恒定律和能量守恒定律;(B)、两种效应都属于电子与光子的弹性碰撞过程;(C)、两种效应都属于电子吸收光子的过程;(D)、光电效应是光子吸收的过程，康普顿效应是光子和电子的弹性碰撞过程。

2、用分波法可计算出势垒⎩⎨⎧>≤≤=R r R r V r V 00)(0对入射粒子的总散射截面为[ ](A)、2R ;(B)、2R π;(C)、22R π;(D)、24R π。

3、两个电子组成的体系能量本征态的自旋波函数有几个是交换对称的[ ](A)、1个；(B)、2个；(C)、3个；(D)、4个。

4、给定运动状态，某力学量守恒的前提是[ ](A)、力学量算符不显含时间t ；(B)、力学量算符与哈密顿算符对易；(C)、力学量算符不显含时间t ，且与哈密顿算符对易；(D)、与力学量算符无关，取决于运动状态。

5、关于态矢量的表象表示，下列表述正确的是[ ](A)、态矢量在不同的表象中是不同的矢量，也具有不同的表示；(B)、态矢量在不同的表象中具有同样的表示；(C)、态矢量在不同的表象中具有不同的表示，但所表示的矢量是等价的；(D)、所有的态矢量之间都是正交的。

6、自旋假设的实验基础很扎实，下列哪个不是其实验基础[ ](A)、斯特恩—盖拉赫实验；(B)、反常塞曼效应；(C)、碱金属原子光谱的双线结构；(D)、戴维孙—革末电子衍射实验。

7、一维势阱中的粒子，在一定条件下会存在束缚定态，存在的束缚态数目可能有限也可能无限，下面哪种体系不存在无限多的束缚态[ ](A)、一维无限深方势阱；(B)、三维无限深球方势阱；(C)、三维谐振子势；(D)、二维有限深方势阱。

武汉大学物理科学与技术学院2013－2014(二)《量子力学》课程期末考试试题A卷学号：姓名：专业：得分：一、单选题(每题2分，共50分)1、下面那一条不是费米子的特性：【 D 】A、自旋为半整数；B、全同费米子系是粒子交换算符的本征态；C、全同费米子系在统计上满足费米--狄拉克分布；D、全同费米子系的波函数满足粒子交换对称性。

2、真实存在的量子体系波函数不一定满足：【 D 】A、含时薛定谔方程；B、单值、有限、连续；C、平方可积;D、时间平移对称性。

3、下列哪一个实验不能用来证明原子能级结构量子化:【 D 】A、夫兰克-赫兹实验；B、原子光谱的线状结构；C、原子光谱的同位素位移；D、斯特恩-盖拉赫实验。

4、下面哪个实验现象不是因为电子自旋引起的：【 D 】A、反常塞曼效应；B、碱金属光谱的双线精细结构；C、氦原子光谱三重结构的存在；D、碱金属能级因轨道角动量量子数的不同而不同。

5、一维势阱中的粒子，在一定条件下会存在束缚定态，存在的束缚态数目可能有限也可能无限，下面哪种体系不存在无限多的束缚态：【 D 】A、一维无限深方势阱；B、三维无限深球方势阱；C、三维谐振子势；D、二维有限深方势阱。

6、对于原子的电子电离，下面哪种表述是错的：【 C 】A、电子电离需要吸收达到或超过其束缚能的能量；B、电离以后的电子，其波函数在无穷远处并不趋于0；C、电离掉的电子离原子核的距离趋于无穷远；D、电离掉的电子有一定概率放出一个光子，重新被原子核俘获而形成束缚态的原子。

7、微观粒子波粒二象性的表述，下面那一项是错误的：【 D 】A、粒子性和波动性在一次测量下，只能表现为其中一种性质；B、粒子性和波动性都是粒子的特性；C、一群粒子也可以表现出粒子性；D、粒子性是单粒子的特征，波动性是一群粒子的特征。

8、可观测量的算符具有如下特征：【 C 】A、两个可观测量的算符一定对易；B、可观测量的算符一定么正；C、可观测量的算符一定厄米；D、可观测量的算符一定具有无穷多个本征值。

1.一个包含两个质量和频率都相同的线性谐振子系统，它们之间存在相互作用，其哈密顿算符为：121222222ˆˆˆ()()1ˆ()...(1,2)22i i i H H x H x x x H x m x i m x λω=++∂=-+=∂ (1) 试证明该系统可以表述为两个非耦合谐振子系统(2) 求出该系统的能量2.由李普曼-许温格方程01V E H i ϕε±±ψ=+ψ-± 试计算下列关系式： (1)b a ++ψψ(2) b a -+ψψ3.已知混沌场密度算符1H k T B Z e ρ--=，其中H k T B Z Tre -=，系统的哈密顿量1ˆ()2H a a ω+=+，求此混沌场系统中ˆN a a +=和2ˆN 平均值。

4.设两种系统的哈密顿能量分别为：221ˆˆˆˆˆ()()2H b b b b ωα++=+++和ˆˆˆˆˆˆˆˆˆ(1)()Ha ab b ab a b ωα++++=++++，其中ˆˆa b 、和++ˆˆa b 、为玻色子算符，求两种系统的元激发谱。

5.已知位移算符*ˆˆˆ()exp()Db b ααα+=-，α为非零复数，ˆb +是声子产生算符，ˆb 是声子消灭算符。

(1) 试计算关系式4()()?D b D αα+= (2) 将位移算符作用于声子真空态得到相干态()0D αα=，试证明相干态α就是ˆb的本征态，对应的本征值为α。

(3) 计算相干态在坐标表象中的结果：?x α=(4) 试证等式*()b αααααα+∂=+∂和*()b αααααα∂=+∂ (5) 试判断声子产生算符ˆb +是否存在本征态，并证明你的判断。

量子力学试题及答案一、选择题（每题4分，共40分）1. 在量子力学中，一个粒子的状态用波函数表示。

波函数的物理意义是：A. 粒子的位置概率分布B. 粒子的运动速度C. 粒子的自旋状态D. 粒子的能量2. 量子力学的基本假设之一是：A. 粒子的能量是离散的B. 粒子在空间中的轨道是连续的C. 粒子的位置可以同时确定D. 粒子的自旋是固定的3. 哪个原理用于解释原子光谱的发射和吸收现象？A. 波粒二象性原理B. 测不准原理C. 泡利不相容原理D. 量子力学随机性原理4. 薛定谔方程描述了：A. 粒子的位置和动量之间的关系B. 粒子在空间中的运动轨迹C. 粒子的能量和自旋状态D. 粒子波函数随时间的演化5. 量子力学波函数的归一化条件是：A. Ψ(x, t)在全空间上的模长平方的积分等于1B. Ψ(x, t)在全空间上的模长平方的积分等于0C. Ψ(x, t)在无限远处趋于零D. Ψ(x, t)的真实部分等于虚部的共轭6. 两个可观测量的对易关系表示为：[A, B] = AB - BA = 0其中[A, B]表示两个算符的对易子。

这意味着：A. A和B的本征态可以同时存在B. A和B的本征值可以同时测量得到C. A和B的测量结果彼此独立D. A和B的测量结果存在不确定性7. 量子力学中的不确定性原理指出，以下哪一对物理量不能同时精确确定：A. 位置和动量B. 能量和时间C. 自旋在X方向和自旋在Y方向D. 角动量在X方向和角动量在Y方向8. 箱中有一自由粒子，其波函数为：Ψ(x) = A sin(kx)其中A和k为常数，该波函数代表：A. 粒子在箱中处于能量本征态B. 粒子在箱中处于动量本征态C. 粒子在箱中处于位置本征态D. 粒子在箱中处于叠加态9. 双缝干涉实验中，当缝宽减小时，干涉图案的特征是：A. 条纹的间距增大B. 条纹的间距减小C. 条纹的亮度增强D. 条纹的亮度减弱10. 量子隧穿现象解释了：A. 电子在金属中的传导现象B. 光子在光学纤维中的传播现象C. 电子在势垒中的穿透现象D. 光子在介质中的反射现象二、填空题（每题6分，共30分）1. 德布罗意波假设将粒子的运动与________联系起来。

量子力学考试题库及答案一、选择题1. 量子力学中，波函数的平方代表粒子在空间某点出现的概率密度。

下列关于波函数的描述中，哪一项是正确的？A. 波函数的绝对值平方代表粒子在空间某点出现的概率密度B. 波函数的绝对值代表粒子在空间某点出现的概率密度C. 波函数的平方代表粒子在空间某点出现的概率D. 波函数的绝对值平方代表粒子在空间某点出现的概率答案：A2. 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。

以下哪项是海森堡不确定性原理的数学表达式？A. ΔxΔp ≥ ħ/2B. ΔxΔp ≤ ħ/2C. ΔxΔp = ħ/2D. ΔxΔp = ħ答案：A二、填空题3. 在量子力学中，粒子的波函数ψ(x,t)满足________方程，该方程由薛定谔提出，是量子力学的基本方程之一。

答案：薛定谔方程4. 根据泡利不相容原理，一个原子中的两个电子不能具有相同的一组量子数，即不能同时具有相同的________、________、________和________。

答案：主量子数、角量子数、磁量子数、自旋量子数三、简答题5. 简述量子力学中的隧道效应，并给出一个实际应用的例子。

答案：量子隧道效应是指粒子通过一个势垒的概率不为零，即使其能量低于势垒的高度。

这一现象在经典物理学中是不可能发生的。

一个实际应用的例子是扫描隧道显微镜（STM），它利用量子隧道效应来探测物质表面的原子结构。

6. 描述量子力学中的波粒二象性，并解释为什么这一概念是重要的。

答案：波粒二象性是指微观粒子如电子和光子等，既表现出波动性也表现出粒子性。

这一概念重要，因为它揭示了物质在微观尺度上的基本行为，是量子力学的核心概念之一，对理解原子和分子结构、化学反应以及材料的电子性质等方面都有深远的影响。

四、计算题7. 假设一个粒子被限制在一个宽度为L的一维无限深势阱中，求该粒子的基态能量。

答案：基态能量E1 = (π²ħ²)/(2mL²)，其中ħ是约化普朗克常数，m是粒子的质量，L是势阱的宽度。

量子力学试题及答案一、选择题1. 量子力学中，描述一个量子态最基本的方法是（）。

A. 波函数B. 哈密顿算符C. 薛定谔方程D. 路径积分答案：A2. 海森堡不确定性原理表明，粒子的（）和（）不能同时被精确测量。

A. 位置，速度B. 能量，时间C. 动量，位置D. 时间，动量答案：C3. 波函数的绝对值平方代表的是（）。

A. 粒子的速度B. 粒子的能量C. 粒子在某一位置出现的概率密度D. 粒子的动量答案：C4. 薛定谔方程是一个（）。

A. 线性偏微分方程B. 非线性偏微分方程C. 线性常微分方程D. 非线性常微分方程答案：A5. 在量子力学中，泡利不相容原理指的是（）。

A. 两个费米子不能处于同一个量子态B. 两个玻色子不能处于同一个量子态C. 所有粒子都不能处于同一个量子态D. 所有粒子都必须处于同一个量子态答案：A二、填空题1. 在量子力学中，一个粒子的波函数必须满足__________方程，才能保证波函数的归一化条件。

答案：连续性2. 量子力学的基本原理之一是观测者效应，即观测过程会影响被观测的__________。

答案：系统3. 量子纠缠是量子力学中的一种现象，其中两个或多个粒子的量子态以某种方式相互关联，以至于一个粒子的状态立即影响另一个粒子的状态，这种现象被称为__________。

答案：非局域性三、简答题1. 请简述德布罗意假说的内容及其对量子力学的贡献。

德布罗意假说提出了物质波的概念，即所有物质都具有波粒二象性。

这一假说不仅解释了电子衍射实验的现象，而且为量子力学的发展奠定了基础，使得物理学家开始将波动性质引入到粒子的描述中，从而推动了波函数理论的发展。

2. 什么是量子隧穿效应？请给出一个实际应用的例子。

量子隧穿效应是指粒子在遇到一个能量势垒时，即使其能量低于势垒高度，也有可能穿透势垒出现在另一侧的现象。

这一效应是量子力学中特有的，与经典物理学预测的结果不同。

一个实际应用的例子是半导体器件中的隧道二极管，它利用量子隧穿效应来实现电流的传导，具有非常快的开关速度和低功耗的特性。

3.1幺正算符也有本征矢量。

证明幺正算符的本征值都是绝对值是1的复数；幺正算符的两个本征矢量，若所属本征值不同亦必正交。

证明： 设算符U为幺正算符，ψ为其任意本征矢量，u 为对应的本征值。

即ψψu U =则ψψψψψψψψu u U U U U *+===因0≠ψψ，所以1=*u u 即 1=u即证得幺正算符的本征值都是绝对值是1的复数。

设算符U 为幺正算符的两个本征值为1u 、2u ，对应的矢量分别为1ψ、2ψ，且21u u ≠。

则111ψψu U = 11111ψψu U =- 222ψψu U = 22211ψψu U =- 因为幺正算符1-+=U U则有21212121ψψψψψψu u U U *+==2121211ψψψψu u UU *+== 所以01212121=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-**ψψu u u u 因为012121≠-**u u u u ，故021=ψψ，即 1ψ和2ψ正交。

即证得幺正算符的两个本征矢量，若所属本征值不同亦必正交。

3.2 投影于某一子空间的投影算符P ，既然是厄米算符，它的本征值是什么？有无简并？本证子空间是什么？解：投影于某一子空间的投影算符∑==mi iP 1，设全空间是n 维的，且n m <。

则本征值方程ψλψψ==∑=mi i iP 1⑴其中λ为本征值，ψ为相应的本征态。

则ψλψλψ22==P P ⑵ 由幺正算符等幂性P P =2得ψψP P =2 ⑶ 由⑴、⑵和⑶式得λλ=2，所以1=λ或0=λ。

即求得投影算符的本征值是1或0。

当1=λ时，本征失量是i ，其中m i ,2,1=。

所以是简并的，本征子空间S 是由这m 个基矢构成的矢量空间。

当0=λ时，本征矢量是与i 正交的矢量。

所以也是简并的，本征子空间是S 空间的补空间。

#练习3.3 证明若算符的本征值谱中有零本征值，则这个算符肯定没有逆。

证明：假设算符A 有逆，则在值域中取一任意|φ>，则定义域有|ψ>存在即ψφφ-==AA 1已知A的全部本征值和相应的本征矢量：i i i a A ψφ= i=1，2，3…，∴()ψψφ--==A a AA算符A 存在零本征值，即00=⇒=φa a∴对于任意本征矢量()ψφa A -≠与()ψφ-=A a 矛盾∴假设不成立，即算符的本征值谱中有零本征值，这个算符肯定没有逆。

一、填空题：（每题 4 分，共 40 分）1. 微观粒子具有 波粒 二象性。

2．德布罗意关系是粒子能量E 、动量P 与频率ν、波长λ之间的关系，其表达式为：E=h ν, p=/h λ 。

3．根据波函数的统计解释，dx t x 2),(ψ的物理意义为：粒子在x —dx 范围内的几率 。

4．量子力学中力学量用 厄米 算符表示。

5．坐标的x 分量算符和动量的x 分量算符x p 的对易关系为：[],x p i = 。

6．量子力学关于测量的假设认为：当体系处于波函数ψ(x)所描写的状态时，测量某力学量F 所得的数值，必定是算符Fˆ的 本征值 。

7．定态波函数的形式为： t E in n ex t x-=)(),(ϕψ。

8．一个力学量A 为守恒量的条件是：A 不显含时间，且与哈密顿算符对易 。

9．根据全同性原理，全同粒子体系的波函数具有一定的交换对称性，费米子体系的波函数是_反对称的_____________,玻色子体系的波函数是_对称的_______ _。

10．每个电子具有自旋角动量S ，它在空间任何方向上的投影只能取两个数值为： 2± 。

二、证明题：（每题10分，共20分）1、（10分）利用坐标和动量算符的对易关系，证明轨道角动量算符的对易关系：证明：zy x L i L L ˆ]ˆ,ˆ[ =]ˆˆ,ˆˆ[]ˆ,ˆ[z x y z yx p x p z p z p y L L --=2、（10分）由Schr ödinger 方程证明几率守恒：其中几率密度 几率流密度 证明：考虑 Schr ödinger 方程及其共轭式：2|),(|),(),(),(t r t r t r t rψ=ψψ=*ω22(,)[()](,)2i r t V r r t t μ∂ψ=-∇+ψ∂0=∙∇+∂∂J tω][2ψ∇ψ-ψ∇ψ=**μi J ]ˆˆ,ˆ[]ˆˆ,ˆ[z x y z x z p x p z p z p x p z py ---=]ˆ,ˆ[]ˆ,ˆ[]ˆ,ˆ[]ˆ,ˆ[z y x y z z x z p x p z p z p z p x p y p z py +--=]ˆ,ˆ[]ˆ,ˆ[z y x z p x p z p z py +=y z z y z x x z p p x z p x p z p p z y p z py ˆ]ˆ,[]ˆ,ˆ[ˆ]ˆ,[]ˆ,ˆ[+++=y z x z p p x z p z py ˆ]ˆ,[]ˆ,ˆ[+=y z y z x z x z p p x z p p z x p z p y p pyz ˆˆ],[ˆ]ˆ,[ˆ],ˆ[]ˆ,ˆ[+++=y x p i x pi y ˆ)(ˆ)( +-=]ˆˆ[x y p y px i -= zL i ˆ =在空间闭区域τ中将上式积分，则有：三、计算题：（共40分）1、（10分）设氢原子处于状态),()(23),()(21),,(11211021ϕθϕθϕθψ--=Y r R Y r R r 求氢原子能量E 、角动量平方L 2、角动量Z 分量L Z 的可能值及这些可能值出现的几率。

15.1 将狄拉克方程（15.11）式左乘以*ψ，再将（15.11）式的左矢形式右乘以ψ，二式相加，从而证明由狄拉克方程可以导出连续方程0=⋅∇+∂∂j ρtψ。

并证明ψc ψψψtψαj j ** ===⋅∇+∂∂ρρ0证明：狄拉克方程：()02=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-∇-⋅-∂∂ψmc i c t i β α （15.11） 将（15.11）式左乘以*ψ得到02=-∇⋅+∂∂ψmc ψψψc i ψtψi β***α（1） 将（15.11）式的左矢形式右乘以ψ得到02=+∇⋅+∂∂ψmc ψψψc i ψti βψ***α（2） 将（1）式加上（2）式得到0=∇+∇⋅+∂∂+∂∂)(α)(****ψψψψc i ψtψψt ψi（3） 化简得到0=∇⋅+∂∂)(α**ψψc i ψψti另ψψ*=ρ并且ψc ψαj *=，上式可表述为0=⋅∇+∂∂j ρtψ 即得证。

#15.2 不用具体矩阵形式，证明：（1）)A α)(B α(B A )B α)(A α(⋅⋅-⋅=⋅⋅2 （2）011=+⋅+⋅))(B α)()(A α(ββ（3）0000====βαααβααβαβk j i j i i trtr tr tr tr ,,,式中A 和B是位形空间中的矢量算符，互相对易。

证明：（1）α 是自旋空间算符，B ,A 是位形空间算符。

因此，α 与B ,A 是相互对易的。

所以可以利用公式)B A (αB A )B α)(A α(⨯⋅+⋅=⋅⋅i （1） )B A (αB A )A B (αB A )A α)(B α(⨯⋅+⋅=⨯⋅+⋅=⋅⋅i i （2）（1）+(2)得，)A α)(B α(B A )B α)(A α(⋅⋅-⋅=⋅⋅2即得证。

（2）ββββββ)B α()A α()B α()A α()B α)(A α()B α)(A α())(B α)()(A α(⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅=+⋅+⋅11 利用公式αα βββαβαβ-=⇒=+=012i i 且β与B ,A 也是相互对易的。