量子力学教程Ch33

3.4.续谱本征函数的归一化一、δ函数1. δ函数的定义和表示δ函数不是一般意义下的函数，而是一分布，因对一个处处为0，而仅一点不为零的函数其积分为0。

但习惯上将它看作一函数。

其重要性和意义在积分中体现出来，它可用一函数的极限来定义。

先看不定积分10()00xx x dx x δ-∞>⎧''=⎨<⎩⎰。

这是一阶梯函数，设10()00x U x x >⎧=⎨<⎩,则()()x U x δ'= ，即000()()()()()lim lim lim ()()()2aa a a U x a U x a U x a U x a x F x x a x a aδ+++→→→+--+--===+-- ，所以，当0a +→，()a F x →∞（x )a ,a (∈-）。

但总面积恒为1，即 ()1a F x dx +∞-∞=⎰ （对任意a ），可以证明1()2izxc e U x dz i z π=⎰，所以11()().22izxikx c x U x e dz e dk δππ'===⎰⎰作为函数参量极限δ还可表示为：222222011cos 11sin ()lim lim lim i x x L L Lx Lx x LxLx x x ασασααδππαπ+-→+∞→∞→→-======+ 2.性质：⎩⎨⎧-==∞≠=-⎰+∞∞-dx x x ik x x x x x x )](exp[210)(0000πδ；)'()'(x x x x -=-δδ为偶函数；⎰+∞∞-=-1)'(dx x x δ；⎰⎰+++∞∞-=-=-εεδδ00)()()()()(00x x x f dx xx x f dx xx x f ； )'()'(0)(x x x x x x --⇒==δδ；由傅立叶积分公式得， ⎰⎰+∞∞-+∞∞--=dk x x ik x f dx x f )](exp[)(21)(00π，)'(]/)'(exp[21)'(],/)(exp[21)(00p p p p ix dx p p x x ip dp x x -=-=--==-∴⎰⎰+∞∞-+∞∞-δπδπδ δ函数具有任何级的导数，可以证明()()00()()(1)()n n n x x f x dx f x δ+∞-∞-=-⎰ （注意：微商是对宗量进行的）。

1量子力学课后习题详解第一章量子理论基础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m λ与温度T 成反比，即m λT=b （常量）；并近似计算b 的数值，准确到二位有效数字。

解根据普朗克的黑体辐射公式dv ec hvd kThv vv 11833−⋅=πρ，（1）以及c v =λ，（2）λρρd dv v v −=，（3）有,118)()(5−⋅=⋅=⎟⎠⎞⎜⎝⎛−=−=kT hcv v e hc cd c d d dv λλλπλλρλλλρλρρ这里的λρ的物理意义是黑体内波长介于λ与λ+d λ之间的辐射能量密度。

本题关注的是λ取何值时，λρ取得极大值，因此，就得要求λρ对λ的一阶导数为零，由此可求得相应的λ的值，记作m λ。

但要注意的是，还需要验证λρ对λ的二阶导数在m λ处的取值是否小于零，如果小于零，那么前面求得的m λ就是要求的，具体如下：201151186'=⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎝⎛−⋅+−−⋅=−kThc kThce kT hc ehc λλλλλπρ⇒115=−⋅+−−kThc ekThc λλ⇒kThc ekThc λλ=−−)1(5如果令x=kThcλ，则上述方程为xe x =−−)1(5这是一个超越方程。

首先，易知此方程有解：x=0，但经过验证，此解是平庸的；另外的一个解可以通过逐步近似法或者数值计算法获得：x=4.97，经过验证，此解正是所要求的，这样则有xkhc T m =λ把x 以及三个物理常量代入到上式便知Km T m ⋅×=−3109.2λ这便是维恩位移定律。

据此，我们知识物体温度升高的话，辐射的能量分布的峰值向较短波长方面移动，这样便会根据热物体（如遥远星体）的发光颜色来判定温度的高低。

1．2在0K 附近，钠的价电子能量约为3eV ，求其德布罗意波长。

解根据德布罗意波粒二象性的关系，可知E=hv ，λh P =如果所考虑的粒子是非相对论性的电子（2c E e µ<<动），那么ep E µ22=如果我们考察的是相对性的光子，那么E=pc注意到本题所考虑的钠的价电子的动能仅为3eV ，远远小于电子的质量与光速平方的乘积，即eV 61051.0×，因此利用非相对论性的电子的能量——动量关系式，这样，便有ph=λ3nmm mE c hc E h e e 71.01071.031051.021024.1229662=×=××××===−−µµ在这里，利用了meV hc ⋅×=−61024.1以及eVc e 621051.0×=µ最后，对Ec hc e 22µλ=作一点讨论，从上式可以看出，当粒子的质量越大时，这个粒子的波长就越短，因而这个粒子的波动性较弱，而粒子性较强；同样的，当粒子的动能越大时，这个粒子的波长就越短，因而这个粒子的波动性较弱，而粒子性较强，由于宏观世界的物体质量普遍很大，因而波动性极弱，显现出来的都是粒子性，这种波粒二象性，从某种子意义来说，只有在微观世界才能显现。

课程编号：适用专业：电子科学与技术专业级学时数：学分数：执笔者：熊新强编写日期：年月一、课程性质和目地量子力学是电子科学与技术专业地一门必修专业基础主干课程.根据电子科学与技术专业地培养目标，设置量子力学地目地要求主要有：使学生了解微观世界矛盾地特殊性和微观粒子地运动规律，初步掌握量子力学地原理和基本方法，为进一步学习与钻研打下必要地基础. 个人收集整理勿做商业用途二、课程内容与考试要求第一章绪论（学时）、内容：)、经典物理学地困难)、光地波粒二象性)、原子结构地波尔理论)、微粒地波粒二象性、考核要求：)、了解量子物理学发展简史、量子力学地研究对象及其特点；)、掌握微观粒子地波粒二象性.第二章波函数和薛定谔方程（学时）、内容：)、波函数地统计解释)、态叠加原理)、薛定谔方程)、粒子流密度和粒子数守恒定律)、定态薛定谔方程)、一维无限深势阱)、线性谐振子)、势垒贯穿、考核要求：)、掌握波函数地物理意义；)、理解薛定谔方程建立地过程；)、掌握薛定谔方程地简单应用.第三章量子力学中地力学量（学时）、内容：)、表示力学量地算符)、动量算符和角动量算符)、电子在库仑场中地运动)、氢原子)、厄米算符本征函数地正交性)、算符与力学量地关系)、算符地对易关系、两力学量同时有确定值地条件、测不准关系)、力学量平均值随时间地变化、守恒定律、考核要求：)、掌握量子力学中地力学量用算符表示地基本原理；)、掌握氢原子问题地求解方法；)、掌握算符间地关系及其物理意义.第四章态和力学量地表象（学时）、内容：)、态地表象)、算符地矩阵表示)、量子力学公式地矩阵表述)、么正变换*)、狄喇克符号*)、线性谐振子与占有数表象、考核要求：)、掌握态、力学量、量子力学中公式在各种表象中地表述方式；)、掌握表象变换理论；)、了解狄拉克符号.第五章微扰理论（学时）、内容：)、非简并定态微扰理论)、简并情况下地微扰理论)、氢原子地一级斯塔克效应*)、变分法*)、氢原子基态(变分法)*)、与时间有关地微扰理论)、跃迁几率)、光地发射和吸收)、选择定则、考核要求：)、掌握定态微扰理论地基本思想和应用条件；)、了解变分法；)、了解含时微扰论及其应用.三、课程教学地基本要求、本课程以课堂讲授为主.在课堂教学中可适当补充难易适中地考研题目作为例题，开阔学生地视野，拓宽知识面.在作业和练习方面，任课教师可以有针对性地增加一定量地附加题，题地难度略高于教材上地习题，以锻炼学生解决实际问题地能力. 个人收集整理勿做商业用途、根据教育发展地趋势和教学改革地要求，在本课程地教学过程中，应逐步引入现代化教学手段. 四、考试方式：闭卷笔试时间为分钟五、试题类型：()概念题()简答题()计算题()证明题六、课程成绩评定办法：本课程考试评分采用百分制评分法.期末考试成绩占课程总成绩地，平时成绩占（其中平时作业情况占，考勤及其它占）.个人收集整理勿做商业用途七、建议教材与教学参考书：、《量子力学》教材⑴《量子力学教程》周世勋编高等教育出版社（）元书号：个人收集整理勿做商业用途⑵《量子力学教程学习辅导书》张宏宝高等教育出版社() 元书号：个人收集整理勿做商业用途、《量子力学》教学参考书《量子力学基础》，关洪编，高等教育出版社（）《量子力学》，曾谨言，科学出版社（）《研究生量子力学入学试题选解》，马涛等，福建科技出版社（）《量子力学习题精选与剖析》，钱伯初等，科学出版社（）。

第三章 量子力学中的力学量3.1 一维谐振子处在基态t i x e x ωαπαψ2222)(--=，求：(1)势能的平均值2221x U μω=； (2)动能的平均值μ22p T =；(3)动量的几率分布函数。

解：(1) ⎰∞∞--==dx e x x U x 2222222121απαμωμωμωμωαμωαπαπαμω ⋅==⋅=22222241212121221ω 41=(2) ⎰∞∞-==dx x p x p T )(ˆ)(2122*2ψψμμ ⎰∞∞----=dx e dx d e x x22222122221)(21ααμπα⎰∞∞---=dx e x x 22)1(22222αααμπα][222222222⎰⎰∞∞--∞∞---=dx e x dx e x x ααααμπα ]2[23222απααπαμπα⋅-=μωμαμαπαμπα⋅===442222222ω 41= 或 ωωω 414121=-=-=U E T(3)*(,)()()p c p t x x dx ψψ=⎰ 2222x iit px e dx αωαππ∞----∞=⎰22122i i x px t ee dxeαωαππ∞----∞=⎰2222221()222ip p i x t edxe αωαααππ-+-∞--∞=⎰2222221()222p ip ix t e edxeαωαααππ--+∞--∞=⎰222222p i t e ωαααππ--=22222p i t e eωααπ--=动量几率分布函数为 2222()(,)p p c p t eαωαπ-==3.2.氢原子处在基态0/301),,(a r e a r -=πϕθψ，求：(1)r 的平均值；(2)势能re 2-的平均值；(3)最可几半径； (4)动能的平均值；(5)动量的几率分布函数。

解：(1) ϕθθπτϕθψππd rd d r re a d r r r a r sin 1),,(0220/23020⎰⎰⎰⎰∞-==⎰∞-=/233004dr a r a a r04030232!34a a a =⎪⎪⎭⎫⎝⎛=2203020/232020/232202/2322214 4 sin sin 1)()2(000a e a a e drr e a e d drd r e a e d drd r e ra e r e U a r a r a r -=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-=-=-=-=⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰∞-∞-∞-ππππϕθθπϕθθπ(3)电子出现在r+dr 球壳内出现的几率为 ⎰⎰=ππϕθθϕθψω02022 sin )],,([)(d drd r r dr r dr r e a a r 2/23004-=2/23004)(r e a r a r -=ω0/2030)22(4)(a r re r a a dr r d --=ω 令0321 , ,0 0)(a r r r drr d =∞==⇒=，ω 当0)( ,0 21=∞==r r r ω时，为几率最小位置/22203022)482(4)(a r e r a r a a dr r d -+-=ω08)(230220<-=-=e a dr r d a r ω ∴ 0a r =是最可几半径。

曾谨⾔《量⼦⼒学教程》（第3版）笔记和课后习题答案（含考研真题）详解曾谨⾔《量⼦⼒学教程》（第3版）笔记和课后习题（含考研真题）详解曾谨⾔主编的《量⼦⼒学教程》是我国⾼校采⽤较多的量⼦⼒学权威教材之⼀。

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第1章　波函数与Schrödinger⽅程　1.1　复习笔记　1.2　课后习题详解　1.3　名校考研真题详解第2章　⼀维势场中的粒⼦　2.1　复习笔记　2.2　课后习题详解　2.3　名校真题详解第3章　⼒学量⽤算符表达　3.1　复习笔记　3.2　课后习题详解　3.3　名校真题详解第4章　⼒学量随时间的演化与对称性　4.1　复习笔记　4.2　课后习题详解　4.3　名校考研真题详解第5章　中⼼⼒场　5.1　复习笔记　5.2　课后习题详解　5.3　名校考研真题详解第6章　电磁场中粒⼦的运动　6.1　复习笔记　6.2　课后习题详解　6.3　名校考研真题详解第7章　量⼦⼒学的矩阵形式与表象变换　7.1　复习笔记　7.2　课后习题详解　7.3　名校考研真题详解第8章　⾃　旋　8.1　复习笔记　8.2　课后习题详解　8.3　名校考研真题详解第9章　⼒学量本征值问题的代数解法　9.1　复习笔记　9.2　课后习题详解　9.3　名校考研真题详解第10章　微扰论　10.1　复习笔记　10.2　课后习题详解　10.3　名校考研真题详解第11章　量⼦跃迁　11.1　复习笔记　11.2　课后习题详解　11.3　名校考研真题详解第12章　其他近似⽅法　12.1　复习笔记　12.2　课后习题详解　12.3　名校考研真题详解。

量子力学彭斌地址：微固楼211电话：83201475Email: bpeng@引言牛顿力学质点运动牛顿力学（F、p、a）22dtvdmmaF==牛顿力学成功应用到从天体到地上各种尺度的力学客体的运动中。

引言牛顿力学热力学●统计物理Ludwig Boltzmann Willard Gibbs引言牛顿力学热力学●统计力学 电动力学电磁现象——Maxwell方程组¾统一电磁理论¾光─> 电磁波1600170018001900时间t力学电磁学热学物理世界（力、光、电磁、热…）经典热力学（加上统计力学）经典电动力学（Maxwell 方程组）经典力学（牛顿力学）迈克尔逊－莫雷实验黑体辐射动力学理论断言，热和光都是运动的方式。

但现在这一理论的优美性和明晰性却被两朵乌云遮蔽，显得黯然失色了……——开尔文（1900年）引言什么是量子力学？什么是量子力学？——研究微观实物粒子（原子、电子等）运动变化规律的一门科学。

相对论量子力学量子电动力学量子场论高能物理相对论力学经典电动力学V~C量子力学（非相对论）经典力学v<<C微观宏观量子力学的重要应用量子力学的重要应用¾自从量子力学诞生以来，它的发展和应用一直广泛深刻地影响、促进和促发人类物质文明的大飞跃。

¾百年（1901－2002）来总颁发Nobel Prize 97次单就物理奖而言：——直接由量子理论得奖25次——直接由量子理论得奖＋与量子理论密切相关而得奖57次¾量子力学成为整个近代物理学的共同理论基础。

在原理和基础方面，仍然存在着至今尚未完全理解、物理学家普遍的困惑的根本性问题。

在原理和基础方面，仍然存在着至今尚未完全理解、物理学家普遍的困惑的根本性问题。

任何能思考量子力学而又没有被搞得头晕目眩的人都没有真正理解量子力学"Anyone who has not been shocked by quantum physics has not understood it." -Niels Bohr 任何能思考量子力学而又没有被搞得头晕目眩的人都没有真正理解量子力学"Anyone who has not been shocked by quantum physics has not understood it."-Niels Bohr 我想我可以相当有把握地说，没有人理解量子力学。

量子力学教程课件1. 简介量子力学是一门研究微观粒子行为的物理学分支，描述了微观世界的基本原理和规律。

本教程课件旨在介绍量子力学的基本概念、数学描述和常见应用，帮助学生深入理解和应用量子力学知识。

2. 量子力学基础2.1 波粒二象性介绍波粒二象性的基本概念，包括波动性和粒子性的相互转化，以及双缝实验等经典实例。

2.2 不确定性原理解释不确定性原理的概念和意义，说明无法同时准确确定粒子的位置和动量的原理。

2.3 波函数和 Schrödinger 方程介绍波函数的概念，以及薛定谔方程的基本形式和求解方法，引导学生理解波函数描述微观粒子的性质和行为。

3. 定态量子力学3.1 定态和定态方程介绍定态的概念，以及定态方程的推导和求解方法，帮助学生理解波函数与能量之间的关系。

3.2 算符和本征值问题解释算符和本征值问题的基本概念，包括算符的作用和本征函数的定义，引导学生掌握本征值问题的求解方法。

3.3 动量和位置算符介绍动量和位置算符的定义和性质，解释它们对应的本征函数和本征值，讨论动量-位置不确定性关系。

4. 哈密顿力学和波函数演化4.1 哈密顿量和状态演化解释哈密顿量的概念和物理意义，讨论波函数演化的基本原理，引导学生理解时间演化和态矢量的变化关系。

4.2 边界条件和量子力学稳定态探讨边界条件对量子力学系统稳定态的影响，以及波函数在无穷深势阱等特定势场中的求解。

4.3 时间演化和量子力学测量介绍时间演化算符的定义和性质，讨论量子力学测量的基本原理和微扰态的提取方法。

5. 特殊系统和量子力学应用5.1 含时量子力学引入含时量子力学的概念，解释含时薛定谔方程的物理意义，介绍准确求解和近似求解的方法。

5.2 简谐振子讨论简谐振子的基本性质和量子化过程，引导学生理解能级和激发态的概念。

5.3 氢原子和多电子系统介绍氢原子的量子力学描述和能级结构，讨论多电子系统的波函数形式和近似求解方法。

5.4 量子力学与量子信息探索量子力学与量子信息科学的联系，简要介绍量子计算、量子通信和量子加密等前沿应用。