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1.设氢原子处于基态030,1),,(0a e a r a r -=πϕθψ为Bohr 半径，求电子径向概率密度最大的位置（最概然半径）。
解 22)()(r r R r w nl nl ⋅= 23010021)(r e a r w a r ⋅=-π ⎭⎬⎫⎩⎨⎧+⋅-=--0202221203010a r a r re r e a a dr dw π 011203002=⎭⎬⎫⎩⎨⎧+-=-r a re a a r π 由此得0=r ， ∞→r ， 0a r =2. 验证ϕθϕθψ33sin )(),,(i e r f r =是2ˆL 和zL ˆ的共同本征函数，并指出相应的本征值。
( ⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂+∂∂∂∂-=22222sin 1)(sin sin 1ˆϕθθθθθ L )解 ⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂+∂∂∂∂-=22222sin 1)(sin sin 1ˆϕθθθθθ L 将2ˆL作用于所给函数上，得 ϕθϕθθθθθ332222sin )(sin 1)(sin sin 1i e r f ⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂+∂∂∂∂- ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-∂∂-=ϕϕθθθθθθ332332sin )(sin 9cos sin )(sin 3i i e r f e r f ⎥⎦⎤⎢⎣⎡---=ϕϕθθθθθθ33222232sin )(sin 9)sin cos sin 3()(sin 3i i e r f e r f []ϕϕθθθ332232sin )(3sin )1(cos )(9i i e r f e r f +⋅--=ϕϕθθ332332sin )(3sin )(9i i e r f e r f +=ϕθ332sin )(12i e r f =上式满足本征方程ψψ22ˆL L =，可见θϕθψ3sin )(),,(r f r =ϕ3i e 是2ˆL的本征函数，本征值为212 。
又ϕ∂∂=i L z ˆ，将z L ˆ作用于所给函数上，得 ϕϕθθϕ33333sin )(sin )(i i ie r f ie rf i ⋅=∂∂ ϕθ33sin )(3i e r f ⋅=可见满足本征方程ψψz L L =2ˆ，故ϕθϕθψ33sin )(),,(i e r f r =是zL ˆ的本征函数，本征值为 3。
量子力学练习题-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN一. 填空题1．量子力学的最早创始人是 ，他的主要贡献是于 1900 年提出了 假设，解决了 的问题。
2．按照德布罗意公式 ，质量为21,μμ的两粒子，若德布罗意波长同为λ，则它们的动量比p 1:p 2= 1:1；能量比E 1：E 2= 。
3．用分辨率为1微米的显微镜观察自由电子的德布罗意波长，若电子的能量E=kT 23（k 为玻尔兹曼常数），要能看到它的德布罗意波长，则电子所处的最高温度T max = 。
4．阱宽为a 的一维无限深势阱，阱宽扩大1倍，粒子质量缩小1倍，则能级间距将扩大(缩小) ；若坐标系原点取在阱中心，而阱宽仍为a ，质量仍为μ，则第n 个能级的能量E n = ，相应的波函数=)(x n ψ()a x ax n a n <<=0sin 2πψ和 。
5．处于态311ψ的氢原子，在此态中测量能量、角动量的大小，角动量的z 分量的值分别为E=eV eV 51.136.132-=；L= ；L z = ，轨道磁矩M z = 。
6．两个全同粒子组成的体系，单粒子量子态为)(q k ϕ，当它们是玻色子时波函数为),(21q q s ψ= ；玻色体系为费米子时=),(21q q A ψ ；费米体系7．非简并定态微扰理论中求能量和波函数近似值的公式是E n =()()+-'+'+∑≠0020m nnm mn mn nE EH H E ，)(x n ψ = ())() +-'+∑≠00020m m nnm mnn E EH ψψ，其中微扰矩阵元 'mn H =()()⎰'τψψd H n m 00ˆ；而'nn H 表示的物理意义是 。
该方法的适用条件是 本征值， 。
8．在S 2和S 2的共同表象中，泡利矩阵的表示式为=x σ ，=y σ ，=z σ 。
量⼦⼒学复习习题⼀、选择题（每⼩题3分，共15分）1．⿊体辐射中的紫外灾难表明：CA. ⿊体在紫外线部分辐射⽆限⼤的能量；B. ⿊体在紫外线部分不辐射能量；C.经典电磁场理论不适⽤于⿊体辐射公式；D.⿊体辐射在紫外线部分才适⽤于经典电磁场理论。
2．关于波函数Ψ的含义，正确的是：BA. Ψ代表微观粒⼦的⼏率密度；B. Ψ归⼀化后，ψψ*代表微观粒⼦出现的⼏率密度；C. Ψ⼀定是实数；D. Ψ⼀定不连续。
3．对于⼀维的薛定谔⽅程，如果Ψ是该⽅程的⼀个解，则：A A. *ψ⼀定也是该⽅程的⼀个解；B. *ψ⼀定不是该⽅程的解；C. Ψ与*ψ⼀定等价；D.⽆任何结论。
4．与空间平移对称性相对应的是：BA. 能量守恒；B.动量守恒；C.⾓动量守恒；D.宇称守恒。
5．如果算符∧A、∧B对易，且∧Aψ=Aψ，则：BA. ψ⼀定不是∧B的本征态；B. ψ⼀定是∧B的本征态；C. *ψ⼀定是∧B的本征态；D. ∣Ψ∣⼀定是∧B的本征态。
1、量⼦⼒学只适应于CA．宏观物体B．微观物体C．宏观物体和微观物体D．⾼速物体2、算符F的表象是指CA．算符F是厄密算符B．算符F的本征态构成正交归⼀的完备集C．算符F是⼳正算符D．算符F的本征值是实数3、中⼼⼒场中体系守恒量有BA．只有能量B．能量和⾓动量C．只有⾓动量D．动量和⾓动量4、Pauli算符的x分量的平⽅2σ的本征值为（B）A 0B 1C iD 2i5、证明电⼦具有⾃旋的实验是AA．史特恩—盖拉赫实验B．电⼦的双缝实验C．⿊体辐射实验D．光电效应实验1、量⼦⼒学只适应于CA．宏观物体B．微观物体C．宏观物体和微观物体D．⾼速物体2、在与时间有关的微扰理论问题中，体系的哈密顿算符由两部分组成，即()H t H H=+，，其中H和H，应满⾜的条件是（B）AH与时间⽆关， H，与时间⽆关B 0H与时间⽆关， H，与时间有关CH与时间有关， H，与时间有关D 0H与时间有关， H，与时间⽆关3、⾃旋量⼦数S的值为（D ）A 1/4B 3/4C /2D 1/25、证明电⼦具有⾃旋的实验是AA．史特恩—盖拉赫实验B．电⼦的双缝实验C．⿊体辐射实验D．光电效应实验⼆、简答（每⼩题5分，共15分）1. 什么叫光电效应？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。
一.微观粒子的波粒二象性1、在温度下T=0k 附近，钠的价电子能量约为3电子伏特，求其德布罗意波长。
2、求与下列各粒子相关的德布罗意波长。
（1）能量为100电子伏特的自由电子；（2）能量为0.1电子伏特的自由中子；（3）能量为0.1电子伏特，质量为1克的自由粒子； （4）温度T=1k 时，具有动能kTE 23=的氦原子，其中k 为玻尔兹曼常数。
3、若电子和中子的德布罗意波长等于oA 1，试求它们的速度、动量和动能。
4、两个光子在一定条件下可以转化为正负电子对，如果两电子的能量相等，问要实现这种转化，光子的波长最大是多少？5、设一电子为电势差U 所加速，最后打在靶上，若电子的动能转化为一光子，求当这光子相应的光波波长分别为5000oA （可见光）o A 1（x 射线），oA001.0（γ射线）时，加速电子所需的电势差各是多少？二.波函数与薛定谔方程1、设粒子的归一化波函数为 ),,(z y x ϕ，求 （1）在),(dx xx +范围内找到粒子的几率；（2）在),(21y y 范围内找到粒子的几率； （3）在),(21x x 及),(21z z 范围内找到粒子的几率。
2、设粒子的归一化波函数为 ),,(ϕθψr ，求：（1）在球壳),(dr rr +内找到粒子的几率；（2）在),(ϕθ方向的立体角Ωd 内找到粒子的几率； 3、下列波函数所描述的状态是否为定态？为什么？（1）Eti ix Eti ix ex ex t x---+=ψ)()(),(211ψψ[])()(21x x ψψ≠（2）tE i t E i ex ex t x 21)()(),(2--+=ψψψ)(21E E ≠（3）EtiEti ex ex t x)()(),(3ψψ+=ψ-4、对于一维粒子，设 xp i o e xπψ21)0,(=，求 ),(t x ψ。
5、证明在定态中，几率密度和几率流密度均与时间无关。
6、由下列两个定态波函数计算几率流密度。
量子力学练习题随着科学技术的不断进步，量子力学作为近代物理学的基石，在我们生活中扮演着越来越重要的角色。
量子力学的概念和理论模型不仅用于解释微观世界的现象，还应用于信息处理、材料科学等领域。
为了加深对量子力学的理解，本文将为读者提供一些量子力学练习题，请认真思考并尽力解答。
题目一：平面上的单粒子态考虑一个二维平面上的单粒子，其波函数为Ψ(x, y)。
假设该波函数可以展开为以下形式：Ψ(x, y) = A(xe^(-λx) + ye^(-λy))其中，A和λ均为实常数。
1. 请计算波函数Ψ(x, y)的归一化常数A。
2. 求解波函数Ψ(x, y)对应的概率密度函数|Ψ(x, y)|^2。
3. 计算算符x和y对该波函数的期望值<x>和<y>。
题目二：自旋1/2粒子的测量考虑一个自旋1/2粒子，其自旋算符的本征态为|+⟩和|-⟩，对应自旋向上和向下的状态。
现在进行如下测量：1. 如果对该粒子的自旋以z方向为测量方向，求测量得到自旋向上状态的概率。
2. 假设在z方向上测量得到自旋向上状态后，立即进行对z方向自旋的再次测量，求再次测量得到自旋向上状态的概率。
3. 如果对该粒子的自旋以任意方向为测量方向，求测量得到自旋向上状态的概率。
题目三：简谐振子的能量本征态考虑一个一维简谐振子，其能量本征态可由波函数Ψ_n(x)表示，n 为非负整数。
波函数Ψ_n(x)的表达式为：Ψ_n(x) = N_n H_n(x) e^(-x^2/2)其中，N_n为归一化常数，H_n(x)为Hermite多项式。
1. 请计算波函数Ψ_0(x)的归一化常数N_0。
2. 求解波函数Ψ_1(x)对应的薛定谔方程解，并给出其归一化常数N_1。
3. 计算简谐振子的能量本征值E_n，其中n = 0, 1, 2。
题目四：双缝干涉实验考虑一个双缝干涉实验，光源发射频率为f，波速为v。
光通过双缝后形成干涉条纹，条纹之间的间距为d。
练习二十四 热辐射一、选择题1. 黑体的温度升高一倍，它的辐射出射度(总发射本领)增大 (A) 15倍. (B) 7倍. (C) 3倍. (D) 1倍.3. 在加热黑体过程中，其最大单色辐出度对应的波长由0.8μm 变到0.4μm ，则其辐射出射度增大为原来的(A) 2倍. (B) 4倍. (C) 16倍. (D) 8倍.4. 在图24.1.的四个图中，哪一个图能定性地正确反映黑体单色辐出度M λ(T )随λ和T 的变化关系，（已知T 2 >T 1）5. 普朗克量子假说是为解释(A) 光电效应实验规律而提出来的. (B) 黑体辐射的实验规律而提出来的. (C) 原子光谱的规律性而提出来的.(D) X 射线散射的实验规律而提出来的.二、填空题1. 测量星球表面温度的方法之一，是把星球看作绝对黑体而测定其最大单色辐出度的波长λm . 现测得太阳的λm1= 0.55μm ，北极星的λm2 = 0.35μm ，则太阳表面温度T 1与北极星表面温度T 2之比T 1 ：T 2 = .2. 一个100W 的白炽灯泡的灯丝表面积为S = 5.3⨯10-5m 2 . 若将点燃的灯丝看作是黑体，可估算出它的工作温度为 .3. 利用普朗克公式()1ed 2d )(/52-=T k hc hc T M λλλλπλ进行积分得 ⎰∞==4d )()(T T M T M σλλ(A)(B)图24.1(C)(D)其中σ为一常量. 式中M(T)的物理意义是.三、计算题1. 地球卫星测得太阳单色辐射出射度的峰值在500nm处, 若把太阳看成黑体,求(1) 太阳表面的温度；(2) 太阳辐射的总功率；(3) 垂直射到地球表面每单位面积的日光功率.(地球与太阳的平均距离为1.5⨯108km，太阳的半径为6.67⨯105km)2. 宇宙大爆炸遗留在宇宙空间的各向同性的均匀背景辐射相当于3K的黑体辐射.求(1) 此辐射的光谱辐射出射度极大值所对应的频率；(2) 地球表面接受此辐射的功率.(地球半径R E=6.37×106m)练习二十五光电效应康普顿效应一、选择题1. 已知一单色光照射在钠表面上，测得光电子的最大动能是1.2eV，而钠的红限波长是540nm，那么入射光的波长是(A) 535nm.(B)500nm.(C)435nm.(D) 355nm.2. 光子能量为0.5MeV的X射线，入射到某种物质上而发生康普顿散射. 若反冲电子的动能为0.1MeV，则散射光波长的改变量∆λ与入射光波长λ0之比值为(A) 0.20.(B) 0.25.(C) 0.30.(D) 0.35.4. 下面这此材料的逸出功为：铍,3.9eV；钯,5.0eV；铯,1.9eV；钨,4.5eV.要制造能在可见光(频率范围为3.9⨯1014Hz－7.5⨯1014Hz)下工作的光电管，在这此材料中应选：(A) 钨. (B) 钯.(C) 铯. (D) 铍.5. 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.对此过程，在以下几种理解中，正确的是：(A)光电效应是电子吸收光子的过程,而康普顿效应则是光子和电子的弹性碰撞过程.(B)两种效应都相当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)两种效应都是电子与光子的碰撞,都服从动量守恒定律和能量守恒定律.二、填空题1. 光子的波长为λ,则其能量E = ；动量的大小为p = ； 质量为 .2. 已知钾的逸出功为2.0eV, 如果用波长为λ=3.60⨯10-7m 的光照射在钾上，则光电效应的遏止电压的绝对值|U a | = ,从钾表面发射的电子的最大速度v m = .3. 康普顿散射中，当散射光子与入射光子方向成夹角θ = 时，光子的频率减少得最多；当θ = 时，光子的频率保持不变.三、计算题1. 波长为λ的单色光照射某金属表面发生光电效应，已知金属材料的逸出功为A ,求遏止电势差；今让发射出的光电子经狭缝S 后垂直进入磁感应强度为B 的均匀磁场, 如图25.1所示,求电子在该磁场中作圆周运动的最大半径R .(电子电量绝对值为e ，质量为m )2. 用波长λ0 =0.1nm 的光子做康普顿实验.(1)散射角ϕ= 90︒的康普顿散射波长是多少？(2)分配给反冲电子的动能有多大？练习二十六 德布罗意波 不确定关系一、选择题1. 电子显微镜中的电子从静止开始通过电势差为U 的静电场加速后，其德布罗意波长是0.04nm ，则U 约为:(A) 150V . (B) 330V . (C) 630V . (D) 940V .2. 波长λ =500nm 的光沿x 轴正向传播，若光的波长的不确定量Δλ=10-4nm, 则利用不确定关系式∆x ∆p x ≥h 可得光子的坐标的不确定量至少为(A) 25cm . (B) 50cm . (C) 250cm .(D) 500cm .3. 如图26.1所示,一束动量为p 的电子,通过缝宽为a 的狭缝,在距离狭缝为L 处放置一荧光屏，屏上衍射图样中央最大的宽度d 等于:(A) 2a 2/L .图25.1(B) 2ha /p . (C) 2ha /(Lp ). (D) 2Lh /(ap ).4. 静止质量不为零的微观粒子作高速运动，这时粒子物质波波长λ与速度v 有如下关系： (A) 2211cv -∝λ. (B) λ ∝ 1/v .(C) λ ∝ v .(D) 22v c -∝λ.5. 关于不确定关系∆x ∆p ≥ћ有以下几种理解： (1) 粒子的动量不可能确定； (2) 粒子的坐标不可能确定；(3) 粒子的动量和坐标不可能同时确定；(4) 不确定关系不仅适用于电子和光子，也适用于其它粒子. 其中正确的是:(A) (1)、(2). (B) (3)、(4). (C) (2)、(4). (D) (4)、(1). 二、填空题1. 氢原子在温度为300K 时,其方均根速率所对应的德布罗意波长是 ；质量为m =10-3kg,速度v =1m/s 运动的小球的德布罗意波长是 .2. 电子的康普顿波长为λc =h /(m e c )(其中m e 为电子静止质量, c 为光速, h 为普朗克恒量). 当电子的动能等于它的静止能量时，它的德布罗意波长λ= λc .3. 在电子单缝衍射实验中，若缝宽为a = 0.1nm ，电子束垂直射在单缝上，则衍射的电子横向动量的最小不确定量∆p y = N·s .三、计算题1. α 粒子在磁感应强度为B =0.025T 的均匀磁场中沿半径为R =0.83cm 的圆形轨道上运动. (1)试计算其德布罗意波长(α 粒子的质量m α=6.64⨯10-27kg)；(2)若使质量m =0.1g 的小球以与α粒子相同的速率运动，则其波长为多少. 2. 质量为m e 的电子被电势差U 12=106V 的电场加速. (1)如果考虑相对论效应,计算其德布罗意波的波长λ0；(2)若不考虑相对论,计算其德布罗意波的波长λ.其相对误差(λ-λ0)/λ0是多少？练习二十七氢原子理论薛定谔方程一、选择题1. 已知氢原子从基态激发到某一定态所需能量为10.19eV，若氢原子从能量为-0.85eV的状态跃迁到上述定态时，所发射的光子的能量为(A) 2.56eV.(B) 3.41eV.(C) 4.25eV.(D) 9.95eV.2. 氢原子光谱的巴耳末系中波长最长的谱线用λ1表示，其次波长用λ2表示，则它们的比值λ1/λ2为(A) 9/8.(B) 19/9.(C) 27/20.(D) 20/27.3. 根据氢原子理论，氢原子在n =5的轨道上的动量矩与在第一激发态的轨道动量矩之比为:(A) 5/2.(B) 5/3.(C) 5/4.(D) 5.4.将波函数在空间各点的振幅同时增大D倍，则粒子在空间的分布几率将(A) 增大D2.倍(B) 增大2D.倍(C) 增大D.倍(D) 不变.5.一维无限深势阱中，已知势阱宽度为a . 应用不确定关系估计势阱中质量为m的粒子的零点能量为:(A) ћ/(ma2)(B) ћ2/(2ma2)(C) ћ2/(2ma).(D) ћ/(2ma2).二、填空题2. 设描述微观粒子运动的波函数为ψ(r, t)，则ψψ﹡表示，ψ(r, t)须满足的条件是，E3 E2其归一化条件是 .3. 粒子在一维无限深势阱中运动（势阱宽度为a ），其波函数为ψ(x )=axa π3sin 2 . (0 < x < a ) 粒子出现的概率最大的各个位置是x = .三、计算题1. 当氢原子从某初始状态跃迁到激发能为∆E = 10.19eV 的状态时，发射出光子的波长是λ = 486nm ，试求该初始状态的能量和主量子数.2.一粒子被限制在相距为l 的两个不可穿透的壁之间，如图27.2所示. 描写粒子状态的波函数为ψ = cx ( l -x )，其中c 为待定常量，求在0~ l /3区间发现粒子的概率.练习二十八 近代物理习题课一、选择题1. 如图28.1所示,一维势阱中的粒子可以有若干能态,如果势阱的宽度L 缓慢地减小，则(A) 每个能级的能量减小. (B) 能级数增加.(C) 每个能级的能量保持不变. (D) 相邻能级间的能量差增加.2. 根据量子力学原理，氢原子中电子绕核运动动量矩的最小值为 (A)2ћ.(B) ћ. (C) ћ /2. (D) 0.4. 设某微观粒子运动时的能量是静止能量得k 倍,则其运动速度的大小为 (A) c /(k -1).图28.1图27.2(B) c 21k -/k . (C) c 12-k /k . (D) c ()2+k k /(k+1).5. 把表面洁净的紫铜块、黑铁块和白铝块放入同一恒温炉膛中加热达到热平衡. 炉中这三块金属对某红光的单色辐出度(单色发射本领)和单色吸收比(单色吸收率)之比依次用M 1/a 1、M 2/a 2和 M 3/a 3表示,则有(A) M 1/a 1>M 2/a 2>M 3/a 3. (B) M 1/a 1=M 2/a 2=M 3/a 3. (C) M 3/a 3>M 2/a 2>M 1/a 1. (D) M 2/a 2>M 1/a 1>M 3/a 3.二、填空题1. 氢原子基态的电离能是 eV . 电离能为0.544eV 的激发态氢原子，其电子处在n = 的轨道上运动.2. 分别以频率ν1、ν2的单色光照射某一光电管,若ν1>ν2(ν1、ν2均大于红限频率ν0),则当两种频率的入射光的光强相同时,所产生的光电子的最大初动能E 1 E 2(填<、=、>),为阻止光电子到达阳极,所加的遏止电压|U a 1| |U a 1|(填<、=、>),所产生的饱和光电流I S 1 I S 2(填<、=、>).3. 夜间地面降温主要是由于地面的热辐射.如果晴天夜里地面的温度为27℃,按黑体辐射计算,1m 2地面散失热量的速率为 .三、计算题1. 氢原子光谱的巴耳末线系中，有一光谱线的波长为λ = 434nm ，试求： (1) 与这一谱线相应的光子能量为多少电子伏特.(2) 该谱线是氢原子由能级E n 跃迁到能级E k 产生的，n 和k 各为多少.(3) 最高能级为E 5的大量氢原子，最多可以发射几个线系，共几条谱线(不必计算波长值). 请在氢原子能级图中表示出来，并说明波长最短的是哪条谱线.2.铀核的线度为7.2×10-15m .试用不确定关系估算核中α粒子(m α=6.7×10-27kg)的动量值和动能值.。
1、 若ˆF 、ˆG 均为厄米算符，则ˆˆFG 也为厄米算符 （）2、 不同定态的线性叠加还是定态 （）3、 若ˆA 与ˆB 对易，且ˆB 与ˆC 对易，则必有ˆA 与ˆC 对易 （）4、 若两力学量算符ˆF 与ˆG 对易，则在任意态中，它们都有确定的值 （）5、 所谓全同粒子就是指所有性质均相同的粒子 （）6、 归一化波函数的模方2|(,)|r t ψ表示时刻，r 处粒子出现的概率 （）7. 设为()n x ψ一维线性谐振子的归一化波函数，则有*ˆ()()n n x p x dx ∞-∞ψψ=⎰ ；*1ˆ()()n n x p x dx ∞+-∞ψψ=⎰ 8、 称为隧道效应；9、在2ˆL 和ˆz L 的共同本征态lm Y 中，22ˆˆx y L L ∆⋅∆= 10、氢原子处于03232020(,)r a Ar eY θϕ-ψ=态，则其最可几半径r = 11、 Planck 的量子假说揭示了微观粒子能量的 特性。
12. 两个角动量11j =、212j =耦合的总角动量J = 和 13. 量子力学几率守恒定律的微分形式和积分形式分别为14. 本征值方程的特点是什么？15. 全同性原理是16. 已知ˆd F x dx +=+，ˆd F x dx-=-，求ˆˆ[,]?F F +-= 17. 求ˆˆ[,()]?xf p = 18. 如果电子的质量、电荷和加速电压分别为m 、-e 、U ，则其德布罗意波长。
19.若Ψ1 ，Ψ2 ,..., Ψn ,...是体系的一系列可能的状态，则这些态的线性叠加Ψ= C 1Ψ1 + C 2Ψ2 + ...+ C n Ψn + ... (其中 C 1 , C 2 ,...,C n ,...为复常数)也是体系的一个可能状态。
（ ）20.设氢原子处于态求氢原子的能量、角动量平方、角动量z 分量取值的情况和相应的概率P 以及各力学量的平均值。
()()()()()1101111,,,,22r R r Y R r Y ψθϕθϕθϕ-=-221、 简述量子力学的主要基本假定。
第一章 量子力学的诞生[1] 在宏观世界里，量子现象常常可以忽略．对下列诸情况，在数值上加以证明： ( l ）长l=lm ，质量M=1kg 的单摆的零点振荡的振幅；( 2 ）质量M=5g ，以速度10cm/s 向一刚性障碍物（高5cm ，宽1cm ）运动的子弹的透射率；( 3 ）质量M= 0.1kg ，以速度0.5m/s 运动的钢球被尺寸为1×1.5m 2时的窗子所衍射．[2] 用h,e,c,m （电子质量）, M （质子质量）表示下列每个量，给出粗略的数值估计： ( 1 ）玻尔半径（cm ) ; ( 2 ）氢原子结合能（eV ) ; ( 3 ）玻尔磁子；( 4 ）电子的康普顿波长（cm ) ; ( 5 ）经典电子半径（cm ) ; ( 6 ）电子静止能量（MeV ) ; ( 7 ）质子静止能量( MeV ) ; ( 8 ）精细结构常数；( 9 ）典型的氢原子精细结构分裂[3]导出、估计、猜测或背出下列数值，精确到一个数量级范围内，( 1 ）电子的汤姆逊截面；( 2 ）氢原子的电离能；( 3 ）氢原子中基态能级的超精细分裂能量；( 4 ）37Li ( z=3 ）核的磁偶极矩；( 5 ）质子和中子质量差；( 6 )4He 核的束缚能；( 7 ）最大稳定核的半径；( 8 ）Π0介子的寿命；( 9 ）Π-介子的寿命；( 10 ）自由中子的寿命．[4]指出下列实验中，哪些实验表明了辐射场的粒子性？哪些实验主要证明能量交换的量子性？哪些实验主要表明物质粒子的波动性？简述理由．( 1 ）光电效应；( 2 ）黑体辐射谱；( 3 ) Franck – Hertz 实验；( 4 ) Davisson -Ger - mer 实验；( 5 ) Compton 散射．[5]考虑如下实验：一束电子射向刻有A 、B 两缝的平板，板外是一装有检测器阵列的屏幕，利用检测器能定出电子撞击屏幕的位置．在下列各种情形下，画出入射电子强度随屏幕位置变化的草图，给出简单解释． ( 1 ) A 缝开启，B 缝关闭； ( 2 ) B 缝开启，A 缝关闭； ( 3 ）两缝均开启． [6]验算三个系数数值：（1）h 2e m ；（2）h 2nm ；（3）hc第二章 波函数与Schr ödinger 方程[1] 试用量子化条件,求谐振子的能量[谐振子势能2221)(x m x V ω=] [2] 一维运动的粒子处在⎩⎨⎧<≥=-0,00,)(x x Axe x x 当当λψ的状态，其中0>λ，求：（1）粒子动量的几率分布函数；（2）粒子动量的平均值。
一、 填空题1．玻尔-索末菲的量子化条件为：pdq nh =⎰，（n=1,2,3,....)，其中p,q 分别表示力学系统的广义坐标及其对应的广义动量，⎰ 表示在坐标空间中沿闭合轨道积分一周期。
2．德布罗意关系为：h E h p k γωλ====； 。
3．用来解释光电效应的爱因斯坦公式为：212mV h A υ=-，式中m 式电子的质量，V 是电子脱出金属表面后的速度，A 是电子脱出金属表面所需要做的功即脱出功。
4．波函数的统计解释：()2r t ψ，代表t 时刻，粒子在空间r 处单位体积中出现的概率，又称为概率密度。
这是量子力学的基本原理之一。
波函数在某一时刻在空间的强度，即其振幅绝对值的平方与在这一点找到粒子的几率成正比，和粒子联系的波是概率波。
5．波函数的标准条件为：连续性，有限性，单值性 。
6． ， 为单位矩阵，则算符 的本征值为：1± 。
7．力学量算符应满足的两个性质是 实数性和正交完备性 。
8．厄密算符的本征函数具有： 正交性，它们可以组成正交归一性。
即()m n mn d d λλφφτδφφτδλλ**''==-⎰⎰或 。
9．设 为归一化的动量表象下的波函数，则 的物理意义为：表示在()r t ψ，所描写的态中测量粒子动量所得结果在p p dp →+范围内的几率。
10. i ； ˆx i L ； 0。
11．如两力学量算符 有共同本征函数完全系，则_0__。
12．坐标和动量的测不准关系是： ()()2224x x p ∆∆≥。
13．量子力学中的守恒量A 是指:ˆA不显含时间而且与ˆH 对易，守恒量在一切状态中的平均值和概率分布都不随时间改变。
14．隧道效应是指：量子力学中粒子在能量E 小于势垒高度时仍能贯穿势垒的现象称为隧道效应。
15． 为氢原子的波函数，的取值范围分别为：n=1,2,3,… ；l=0,1,…,n -1；m=-l,-l+1,…,0,1,…l 。
一、是非题1. “波函数平方有物理意义， 但波函数本身是没有物理意义的”。
对否 解：不对2. 有人认为，中子是相距为10-13 cm 的质子和电子依靠库仑力结合而成的。
试用测不准关系判断该模型是否合理。
解：库仑吸引势能大大地小于电子的动能, 这意味着仅靠库仑力是无法将电子与质子结合成为中子的，这个模型是不正确的。
二、选择题1. 一组正交、归一的波函数123,,,ψψψ。
正交性的数学表达式为 a ，归一性的表达式为 b 。
()0,()1i i i i a d i jb ψψτψψ**=≠=⎰⎰2. 列哪些算符是线性算符------------------------------------------------------ (A, B, C, E )(A) dxd(B) ∇2 (C) 用常数乘 (D) (E) 积分3. 下列算符哪些可以对易-------------------------------------------- (A, B, D )(A) xˆ 和 y ˆ (B) x∂∂和y ∂∂ (C) ˆx p和x ˆ (D) ˆx p 和y ˆ 4. 下列函数中 (A) cos kx (B) e -bx(C) e -ikx(D) 2e kx -(1) 哪些是dxd的本征函数；-------------------------------- (B, C ) (2) 哪些是的22dx d 本征函数；-------------------------------------- (A, B, C )(3) 哪些是22dx d 和dxd的共同本征函数。
------------------------------ (B, C )5. 关于光电效应，下列叙述正确的是：(可多选) ------------------（C,D ）(A)光电流大小与入射光子能量成正比 (B)光电流大小与入射光子频率成正比 (C)光电流大小与入射光强度成正比 (D)入射光子能量越大，则光电子的动能越大6. 提出实物粒子也有波粒二象性的科学家是：------------------------------（ A ）(A) de Bröglie (B) A.Einstein (C) W. Heisenberg (D) E. Schrödinger7. 首先提出微观粒子的运动满足测不准原理的科学家是：--------------（ C ）(A) 薛定谔 (B) 狄拉克 (C) 海森堡 (D) 波恩 8. 下列哪几点是属于量子力学的基本假设(多重选择)：---------------（ AB）(Ａ)电子自旋(保里原理) (Ｂ)微观粒子运动的可测量的物理量可用线性厄米算符表征 (Ｃ)描写微观粒子运动的波函数必须是正交归一化的 (Ｄ)微观体系的力学量总是测不准的，所以满足测不准原理9. 描述微观粒子体系运动的薛定谔方程是：------------------------------（ D ） (A) 由经典的驻波方程推得 (B) 由光的电磁波方程推得(C) 由经典的弦振动方程导出 (D) 量子力学的一个基本假设三、填空题：1. 1927年戴维逊和革未的电子衍射实验证明了实物粒子也具有波动性。
1、设一量子体系处于用波函数()()θθπϕθψϕcos sin 41,+=i e所描述的量子态。
求(1)在该态下，z L ˆ的可能测值和各个值出现的概率；(2) z L ˆ的平均值。
解：因为球谐函数ϕθπθπi e Y Y ±±==sin 83,cos 431110 ()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=+=θπθπθθπϕθψϕϕcos 43sin 83231cos sin 41,i i e e()111010113231231Y Y Y Y -=+-=可见，体系的1,0,1==m l 。
因此z L ˆ的可能测值为0或 ，且测值为0的几率为1/3，测值为 的几率为2/3。
zL ˆ的平均值为 3203132ˆ=⋅+=z L2、已知在阱宽为a 的无限深势阱中运动粒子的能量的本征值与本征函数分别为3,2,1,sin 2,22222===n ax n a ma n E n n πψπ设阱内粒子处于()x x =ψ的状态，求在该态下，能量的测值为E 1的几率。
解：对应于本征值E 1的本征函数为axa πψsin 21=。
因为在任意态ψ下，能量测值为E k 的几率为22⎰*=dx a kkψψ，因此能量测值为E 1的几率 ππψψ2012sin 2a a xdx a x a dx a ∙==⎰⎰*23212πa a =∴3、设粒子在一维无限深势阱()⎩⎨⎧><∞<<=ax x ax x U ,0,0,0中运动。
（1）求坐标的几率分布和粒子出现几率最大的位置；（2）求p x ,，并证明()⎪⎭⎫⎝⎛-=∆22226112πn a x 。
解：（1）在一维无限深势阱中，粒子能量的本征函数为()⎪⎩⎪⎨⎧><<<=a x x a x x an a x n ,0,00,sin 2πψ 坐标的几率分布为()()==2x x n ψω⎪⎩⎪⎨⎧><<<a x x a x x a n a ,0,00,sin22π粒子出现的几率最大的位置是 5,3,1,3,2,1,2===m n nmax （2）()()2sin 2020a xdx a n x a dx x x x x a n a n===⎰⎰*πψψ 0sin sin 20=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎰dx x a n dx d i x a n a p a ππ ()()222220223πψψn a a dx x x x x n an-==⎰*故()⎪⎭⎫⎝⎛-=-=∆2222226112πn a x x x4、设体系处在102111Y c Y c +=ψ的状态中，式中c 1和c 2为常数。
量⼦⼒学习题集量⼦⼒学习题第⼀章绪论1.1 由⿊体辐射公式导出维恩位移定律：能量密度极⼤值所对应的波长λm 与温度T 成反⽐，即λm T=b (常量）；并近似计算b 的数值，准确到⼆位有效数字。
1.2 在0K 附近，钠的价电⼦能量约为3eV ，求其德布罗意波长。
1.3 氦原⼦的动能是E=3kT/2（k 为玻⽿兹曼常数），求T=1K 时，氦原⼦的德布罗意波长。
1.4 利⽤玻尔－索末菲的量⼦化条件，求：（1）⼀维谐振⼦的能量；（2）在均匀磁场中作圆周运动的电⼦轨道的可能半径。
已知外磁场H =10特斯拉，玻尔磁⼦M B =9×10-24焦⽿/特斯拉，试计算动能的量⼦化间隔?E ，并与T =4K 及T =100K 的热运动能量相⽐较。
1.5 两个光⼦在⼀定条件下可以转化为正负电⼦对。
如果两光⼦的能量相等，问要实现这种转化，光⼦的波长最⼤是多少？第⼆章波函数和薛定谔⽅程2.1 由下列两定态波函数计算⼏率流密度： (1) ψ1=e ikr /r , (2) ψ2=e -ikr /r .从所得结果说明ψ1表⽰向外传播的球⾯波，ψ2表⽰向内（即向原点）传播的球⾯波。
2.2 ⼀粒⼦在⼀维势场ax a x x x U >≤≤∞∞=00,,0,)(中运动，求粒⼦的能级和对应的波函数。
2.3 求⼀维谐振⼦处在第⼀激发态时⼏率最⼤的位置。
2.4 ⼀粒⼦在⼀维势阱ax a x U x U ≤>??>=,0,0)(0中运动，求束缚态(02.5 对于⼀维⽆限深势阱(0x 和?x ，并与经典⼒学结果⽐较。
2.6 粒⼦在势场xa a x x V x V ≤<<≤??-∞=00,0,,)(0中运动，求存在束缚态(E <0)的条件( ，m ，a ，V 0关系)以及能级⽅程。
2.7 求⼆维各向同性谐振⼦[V =21k (x 2+y 2)]的能级，并讨论各能级的简并度。
2.8粒⼦束以动能E =mk222从左⽅⼊射，遇势垒00,,0)(0≥=x x V x V求反射系数、透射系数。
第二章 波函数与薛定谔方程（1）一、填空题1、在量子力学中，描述系统的运动状态用波函数()r ψ，一般要求波函数满足三个条件即 有限性 ； 连续性 ；单值性 。
根据玻恩对波函数的统计解释，电子呈现的波动性只是反映客体运动的一种统计规律，称为 概率 波，波函数模的平方()2r ψ 表示粒子在空间的几率分布，称为 概率密度 。
而()2r d ψτ 表示在空间体积 dt 中概率，要表示粒子出现的绝对几率，波函数必须 归一化 。
2r 点处小体积元dτ内粒子出现的几率与波函数模的平方（|Ψ|2）成正比。
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xdx 范围内的概率 。
4、在量子力学中，描述系统的运动状态用波函数()r ψ，一般要求波函数满足三个条件即 有限性 ； 单值性 ；连续的。
5、波函数的标准条件为（1）波函数可归一化（2）波函数的模单值（3）波函数有限。
6、三维空间自由粒子的归一化波函数为()r pψ= ，()()=⎰+∞∞-*'τψψd r r p p见书P18 。
7、动量算符的归一化本征态=)(r p ψ ，='∞⎰τψψd r r p p )()(* 见书P18 。
8、按照量子力学理论，微观粒子的几率密度w = 见网页收藏 ，几率流密度= 。
9、设)(r ψ描写粒子的状态，2)(r ψ是 概率波 ，在)(rψ中力学量Fˆ的平均值为F = 。
10、波函数ψ和ψc 是描写 状态，δψi e 中的δi e 称为 ，δi e 不影响波函数ψ的归一化，因为 。
11、定态是指 的状态，束缚态是指 的状态。
12、定态波函数的形式为 。
13、)i exp()()iexp()(),(2211t Ex t E x t x-+-=ψψψ是定态的条件是 ，这时几率密度和 都与时间无关。
14、波函数的统计解释 15．描述微观粒子状态的波函数ψ应满足的三个标准条件 。
16、粒子作自由运动时，能量本征值是 ___ __。
量子物理一、选择题1. 已知某单色光照射到一金属表面产生了光电效应，若此金属的逸出电势是U 0 (使电子从金属逸出需作功eU 0)，则此单色光的波长λ必须满足： [ A ] (A) 0eU hc ≤λ (B) 0eU hc≥λ (C) hc eU 0≤λ (D) hc eU 0≥λ解：红限频率与红限波长满足关系式hv 0=λhc=eU 0，即00eU hc =λ 0λλ≤才能发生光电效应，所以λ必须满足0eU hc≤λ 2. 在X 射线散射实验中，若散射光波长是入射光波长的1.2倍，则入射光光子能量0ε与散射光光子能量ε之比ε0为[ B ] (A) 0.8 (B) 1.2 (C) 1.6 (D) 2.0解： λεhc=，00λεhc=，02.1λλ= ，所以2.100==λλεε 3. 以下一些材料的功函数(逸出功)为铍 -----3.9 eV 钯 ---- 5.0 eV 铯 ---- 1.9 eV 钨 ---- 4.5 eV 今要制造能在可见光(频率范围为3.9×1014 Hz ~ 7.5×1014Hz)下工作的光电管，在这些材料中应选[ C ] (A) 钨 (B) 钯 (C) 铯 (D) 铍解：可见光的频率应大于金属材料的红限频率0νh , 才会发生光电效应。
这些金属的红限频率由A h =0ν可以得到：141934)(01086.101063.6106.15.4⨯=⨯⨯⨯=--钨ν(Hz)141934)(01007.121063.6106.10.5⨯=⨯⨯⨯=--钯ν(Hz)141934) (01059.41063.6106.19.1⨯=⨯⨯⨯=--铯ν(Hz)141934)(01041.91063.6106.19.3⨯=⨯⨯⨯=--铍ν(Hz)可见应选铯4. 以一定频率的单色光照射在某种金属上，测出其光电流曲线在图中用实线表示。
然后保持光的频率不变，增大照射光的强度，测出其光电流曲线在图中用虚线表示，满足题意的图是[解：光的强度I=Nhv , 其中N为单位时间内通过垂直于光线的单位面积的光子数。
保持频率v 不变，增大光强I ，则光子数N 增加，光电子数也随之增加，电流i 也增加，截止电压与频率有关，因之不变。
所以选B5. 氢原子从能量为 -0.85eV 的状态跃迁到激发能(从基态到激发态所需的能量)为10.19eV 的状态时，所发射的光子的能量为[ A ] (A) 2.56eV (B) 3.41eV (C) 4.25eV (D) 9.95eV解：激发态的能量 (eV)41.319.1036.11-=+-=∆+=E E E n发射出的光子能量为(e V)56.2)85.0(41.3=---=-=E E n ε6. 假定氢原子原来是静止的，则氢原子从n =3的激发态直接通过辐射跃迁到基态的反冲速度大约为[ C ] (A) 10m ⋅s -1 (B) 100 m ⋅s -1 (C) 4 m ⋅s -1 (D) 400 m ⋅s -1(氢原子的质量m =1.67× 10-27kg)解：从 n = 3 到n = 1辐射光子的能量为13E E h -=ν,动量大小为ch hp νλ==光， 氢原子辐射光子前后动量守恒，有 氢光p p -=0, 光氢p p =，所以，反冲速度为 41031067.11316.13 8272=⨯⨯⨯-⨯-===-）（氢氢氢m c h m p v ν(m ⋅s 1-)二、填空题1. 当波长为300nm (1nm =10-9m) 的光照射在某金属表面时， 光电子的动能范围为0 ~ 4.0×10-19J 。
此金属的遏止电压为|U a | = 2.5 V, 红限频率为0ν = 4.0×1014 Hz 。
(普朗克常量h = 6.63×10-34J·s ,基本电荷e =1.6×10-19C)(A)(B)(C)(D)解：遏止电压为 |U a |=5.2106.1100.41919k =⨯⨯=--e E m (V) 由光电效应方程 m E h h k 0+=νν, 得红限频率14341998k k 0100.41063.610410300103⨯=⨯⨯-⨯⨯=-=-=---h E c h E hv m m λν(Hz) 2. 某光电管阴极对于λ = 4910 Å的入射光, 发射光电子的遏止电压为0.71伏。
当入射光的波长为 3.82×103 Å时, 其遏止电压变为1.43伏。
( e = 1.60×10-19C, h = 6.63×10-34J·s)3. 康普顿散射中, 当出射光子与入射光子方向成夹角θ = π 时, 光子的频率减少得最多；当θ = 0 时, 光子的频率保持不变。
4. 氢原子的部分能级跃迁示意如图。
在这些能级跃迁中,(1) 从 n = 4 的能级跃迁到 n = 1 的能级时发射的光子的波长最短;(2) 从 n = 4 的能级跃迁到 n = 3 的能级时所发射的光子的频率最小。
5. 氢原子从能级为 -0.85eV 的状态跃迁到能级为 -3.4eV 的状态时, 所发射的光子能量是 2.55 eV , 它是电子从n = 4 的能级到 n = 2 的能级的跃迁。
6. 处于基态的氢原子吸收了13.06eV 的能量后, 可激发到n = 5 的能级。
当它跃迁回到基态时, 可能辐射的光谱线有 10 条。
三、计算题 1.图中所示为在一次光电效应实验中得出的曲线 (1) 求证：对不同材料的金属，AB 线的斜率相同．(2) 由图上数据求出普朗克恒量h ． (基本电荷e=1.60×10-19 C)解：(1) 由 A h U e a -=ν 得 e A e h U a //-=ν3分|14 Hz)n =2 n =3 n =4 n =5 n =12=1=n 4=3=e h U a /d /d =ν (恒量)由此可知，对不同金属，曲线的斜率相同． 3分 (2) h = e tg θ 1410)0.50.10(00.2⨯--=e2分=6.4×10-34 J ·s 2分2. 设康普顿效应中入射X 射线(伦琴射线)的波长λ =0.700 Å，散射的X 射线与入射的X 射线垂直，求：(1) 反冲电子的动能E K ． (2) 反冲电子运动的方向与入射的X 射线之间的夹角θ．(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)解：令p 、ν和p '、ν'分别为入射与散射光子的动量和频率，v m 为反冲电子的动量(如图)．因散射线与入射线垂直，散射角φ =π / 2，因此可求得散射X 射线的波长 )A ( 0.724 )c o s 1( =-+='ϕλλc m he 2分 (1) 根据能量守恒定律 22mc h h c m e +'=+νν 且 22c m mc E e K -=得 )/()(λλλλνν'-'='-=hc h h E K = 9.42×10-17 J 4分(2) 根据动量守恒定律 vm p p +'=则 2222)/()/(λλ''+='+=h h p p m v 22)/()/(/cos λλλθ'+==h h h m p v 2)/(11λλ'+=='+=-21)/(11cos λλθ44.0° 4分3. 氢原子光谱的巴耳末线系中，有一光谱线的波长为4340 Å，试求： (1) 与这一谱线相应的光子能量为多少电子伏特？ (2) 该谱线是氢原子由能级E n 跃迁到能级E k 产生的，n 和k 各为多少？ (3) 最高能级为E 5的大量氢原子，最多可以发射几个线系，共几条谱线？ 请在氢原子能级图中表示出来，并说明波长最短的是哪一条谱线． 解：(1) ==λν/hc h 2.86 eV ． 2分(2) 由于此谱线是巴耳末线系，其 k =22分 4.32/21-==E E K eV (E 1 =－13.6 eV) νh E n E E K n +==21/p '51=+=νh E E n K ． 4分(3) 可发射四个线系，共有10条谱线． 2分 见图 1分 波长最短的是由n =5跃迁到n =1的谱线． 1分量子力学基础一、选择题：（注意：题目中可能有一个或几个答案正确。
） 1. 静止质量不为零的微观粒子作高速运动，这时粒子物质波的波长λ与速度v 有如下关系： [ C ] (A) v ∝λ (B) v 1∝λ (C) 2211cv -∝λ (D) 22v c -∝λ 解：由德布罗意公式和相对论质 — 速公式 22011c v m mv hp -===λ得22011cv m h -=λ，即2211c v -∝λ2. 不确定关系式 ≥∆⋅∆x p x 表示在x 方向上[ D ] (A) 粒子位置不能确定 (B) 粒子动量不能确定(C) 粒子位置和动量都不能确定 (D) 粒子位置和动量不能同时确定3. 将波函数在空间各点的振幅同时增大D 倍，则粒子在空间的分布概率将 [ D ] (A) 增大2D 倍。
(B) 增大2D 倍。
(C) 增大D 倍。
(D) 不变。
=5 =4 =3 =2=14. 已知粒子在一维矩形无限深势阱中运动，其波函数为：)(23cos1)(a x a a x ax ≤≤-=πψ那么粒子在65ax =处出现的概率密度为 [ A ] a 21(A)a 1(B) a21(C) a 1(D) 解：概率密度 )23(cos 1)(22axa x πψ=将65a x =代入上式，得 aa a a x 21)6523(cos 1)(22=⋅=πψ5. 波长 λ = 5000 Å的光沿x 轴正方向传播，若光的波长的不确定量∆λ=103-Å，则利用不确定关系h p x x ≥∆⋅∆可得光子的x 坐标的不确定量至少为：[ C ] (A) 25cm （B ）50cm (C) 250cm (D) 500cm 解：由公式p =λh知： △322105000-⨯-=∆-=h hp λλ 利用不确定关系h p x x ≥∆⋅∆，可得光子的x 坐标满足91025⨯=∆≥∆xp hx Å=250cm二、填空题1. 低速运动的质子和α粒子，若它们的德布罗意波长相同，则它们的动量之比=αP :p p1:1 ；动能之比=αP :E E 4:1 。
