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高等量子力学习题

? 量子力学中的对称性

1、 试证明:若体系在线性变换Q

?下保持不变,则必有0]?,?[=Q H 。这里H ?为体系的哈密顿算符,变换Q

?不显含时间,且存在逆变换1

?-Q 。进一步证明,若Q

?为幺正的,则体系可能有相应的守恒量存在。

2、 令坐标系xyz O -绕z 轴转θd 角,试写出几何转动算符)(θd R z

e

的矩阵表示。

3、 设体系的状态可用标量函数描述,现将坐标系绕空间任意轴n

转θd 角,在此转动下,态函数由

),,(z y x ψ变为),,(),()',','(z y x d n U z y x ψθψ =。试导出转动算符),(θd n U

的表达式,并

由此说明,若体系在转动),(θd n U

下保持不变,则体系的轨道角动量为守恒量。 4、 设某微观粒子的状态需要用矢量函数描述,试证明该粒子具有内禀自旋1=S 。

5、 证明宇称算符的厄米性和幺正性,并证明宇称算符为实算符。

6、 试证明幺正算符U 与复数共轭算符K 的乘积为反幺正算符。

7、 试证明自旋不为零的粒子的时间反演算符可表为K e T y S i

π

-=。

8、 试讨论由时间反演不变性引起的Kramers 简并。

? 角动量理论

1、 角动量算符可以从两个方面来定义,一种是按矢量算符三个分量所满足的对易关系定义,另一种是按

坐标系转动时,态函数的变换规律来定义,试证明这两种定义是等价的。 2、 试证明任意个相互独立的角动量算符之和仍是角动量算符。

3、 定义角动量升降算符y

x J i J J ???±=±,试利用升降算符讨论,对给定的角量子数j ,相应的磁量子数

m 的取值范围。

4、 给出角量子数

1=j 情况下,角动量平方算符及角动量各分量的矩阵表示。

5、 设总角动量算符21J J J

+=,1J 、2J

相应的角量子数分别为1j 和2j ,

试讨论总角动量量子数j 的取值情况。

6、 利用已知的C-G 系数的对称性关系,证明以下三个关系式:

1

13

3222

22

21

133111

12

2332

2332

2111

1212)1(1

212)1(1212)1(32313m j m j m j m j m j m j m j m j m j m j m j m j m j m j m j C j j C j j C j j C -+----+++-=++-=++-=

7、 已知在3?s 表象中,???

? ??=01102?1 s ,????

??-=002?2i i s ,问在1?s 表象中2?s 的矩阵表示是怎样的? 8、 已知∑>>>=1

13

32

2112211|||

m m m j m j m j m j m j C jm ,其中m m j j jm m j ''|''δδ>=<,

1111''1111|''m m j j m j m j δδ>=<,2222''2222|''m m j j m j m j δδ>=<。

试证明:∑>>=>jm

m j m j m j jm C m j m j |||3

32

211221

1

9、 两个全同粒子处于中心外力场中,单粒子能级为nlj E ,试证明:无论这两个粒子是玻色子还是费米子,

当它们处于同一个单粒子能级时,体系的总角动量量子数J 必为偶数。 ? D 函数

1、 设坐标系xyz O -绕空间任意轴n

转n d θ角,到达'''z y x O -。在该转动下角动量算符J 的本征

函数)(τψ

jm

变为)()'(τψτψθjm J n d i jm n e

?-=。试证)'(τψjm 是2

J 和'

?z J 的共同本征函数,这里'?z J 为J

在'z 轴上的投影。

2、 证明转动算符J n d i n e

?-θ可表为z y z n J i J i J i J n d i e

e

e

e

???γβαθ

---?-=,其中α、β、γ为欧拉角。

3、 证明d 函数>=<-jm e

jm d

y J i j mm ||')(?'

ββ

具有如下的对称性:

)()()()1()('''''ββββj m m j m m j m m m m j m m d d d d ---=-=--=

4、 试利用D 函数的幺正性,给出∑='

'')()

()'(m jm j

m m jm

D τψαβγτψ的逆变换关系式。 5、 对于无穷小转角δ?,求证:

1'1''')1()1()(2

1

)1()1()(2

1)1()(-+--++-+-+---=m m y x m m y x m

m z j

m m m m j j i i m m j j i i m i D δδ?δ?δδ?δ?δδ?δ?

6、 对于自旋为2/1和1的态函数,计算相应的D 函数的矩阵表示。

7、 证明两个D 函数的乘积满足如下关系

∑++++=j

j

m m m jm m j m j l l l j m j m D C C D D 2

1212122112132211222111μμμμμμμμ 8、 试利用上题结果及D 函数与球谐函数的关系,推导出三个球谐函数的积分公式:

3

32211321112233000321*

)

12(4)12)(12()()()(μμμμμμπΩθ?θ?θ?l l l l l l l l l C C l l l d Y Y Y +++=

?

9、 试证明

∑=m

lm lm Y Y I )()(2211*

?θ?θ是坐标系转动下的不变量,进而证明球谐函数加法定理:

∑+=

m

lm lm l Y Y l P )()(124)(cos 2211*

?θ?θπθ。 ? 不可约张量算符 1、 称按规律

∑==-'

'

'1)(?)()'(?)()(?)(m lm l m m lm n lm n T D T d n U T d n U ταβγτθτθ 变换的12+l

个算符),,1,)((?l l l m T lm

--= τ为l 阶不可约张量算符,试证明这个定义 与不可约张量算符的Racah 定义是等价的。

2、 设)(?)(?2

1221

1ττm l m

l T T 和分别为1l 阶和2l 阶不可约张量算符,求证由下式定义的算符)(?21ττLM T 为L 阶不可约张量算符:

∑=2

122112

211)(?)(?)(?212

1m m m l m l LM

m l m l LM T T C

T ττττ。

3、 微观粒子间的相互作用位能,一般包含张量力项12?)(S r V T ,其中12

?S 为张量算符,其表达式可写为 ∑--=-?=?-??=m

m

m m S Y S

r r S r r r S 2222

2

1212

2112?)(2)

(6)

())((3?

σσσσ 其中∑+---+---=μ

μμμμm m m m

S S C S ???21,12。试证明12?S 的这三个定义是等价的。

4、 设∑=mM

jm LM JM jmLM JM

T C J J

)()(?)(τψττψ,其中)(?τLM T 为不可约张量算符,)(τψjm 为角动量本征函数。试证如此定义的)(τψJ

JM 一定是角动量的本征函数。

5、 求约化矩阵元?||||'>=

,?||?||'>=

j 6、 一阶不可约张量算符在角动量表象中的矩阵元可按以下公式计算

2

11)1(|)?(?|'|?|' +>?<>=

2

11)1(|)?(||?|'|?|'

+>?><<>=jm |

态上的平均值),磁矩算符为

)(0S g L g S L

+=μμ,其中0μ为微观粒子的玻尔磁子。 8、

? 多个角动量耦合

1、 试证明三个C-G 系数乘积的求和公式

∑=12

3223

23113312122323

332212122211);(2312321m m m jm m j m j jm m j m j m j m j m j m j m j m j C j j jj j j U C C C

2、 试证明两个Racah 系数乘积的求和公式

∑++++++-=23

312312321);();()1();(312313223123211231213j j j j j j j j j j jj j j U j j jj j j U j j jj j j U

3、 试计算矩阵元>?<

2121|)2(?)1(?|''j jmj T T j jmj L L 和><2

121|)1(?|''''j jmj T j j m j LM

4、 试证明一个角量子数为零的j -9符号可化简为

?

??

??

?++-=??

?

??

?????+++243

43423224

3

344322)12)(12()1(0

342432j j j j j j j j j j j j j j j j j j j j

? 二次量子化方法 1、 给定算符a a n

a a

++

=?,,,且满足1},{=+a a ,02

2==+a a ,试证:1)n n ??2=;n ?的本征值只能取1和0。2)在n ?对角化表象中,给出a a ,+

和n

?的矩阵表示。 2、 设0}?,{}?,?{1}?,?{===+++

a a a a

a a

,,令a a n ???+=,证明 >->=>+->=+1||?1|1|?n n n a

n n n a

3、 令αααa

a n ???+

=,证明无论对玻色子还是费米子,均有 ααααααa a n

a

a n ?]?,?[?]?,?[-==+

+

其中α为量子态标记。

4、 考虑一玻色子体系,其哈密顿量具有如下形式

∑∑≠=+=N

N

V T H )

(,121βαβααβαα

其中2

22αα?-=m

T 为单粒子动能算符,|)(|βααβr r V V -=为两粒子相互作用能。选取 箱归一化的动量本征函数r p i p e L r

?-=2/3)(ψ作为单粒子波函数。试证明,哈密顿量H

在二次量子化表象中可写成如下形式

i k m l k k p p p p lmki i l p p k k a a a a p p L a a m

p H ++-+∑∑-+=)(2123

2ν,

式中q d e

q V p q

p i ?-?=|)(|)(ν,第二项求和是在条件k i m l p p p p +=+限制下作出的。 5、 某费米子体系的每个单粒子能级都是二重简并的,属于单粒子能级με的两个简并态用

ν

ν、标记,相应的产生、消灭算符记为ννννa a a a 、、、+

+。定义

+++=νννa a S ,ννννa a S S ==++)(, νννννa a a a n

+++=?

)(ννS S +是能级με上产生(消灭)一对粒子的算符,νn

?是能级上的粒子数算符。证明 μνννμδ)?1(],[n S S -=+, μνννμδ++=S S n

2],?[, μνννμδS S n

2],?[-=。

6、 证明由表达式

>>=

++0|)()(!!1|2

1212121

n n a a n n n n ,

和12)()(|0!!1

|122121n n a a n n n n

<=

<

定义的多粒子体系的基矢(对费米子和玻色子同样适用)满足对称化要求,即它是交换

算符ij

P ?的本征态矢,相应的本征值对玻色子为+1,对费米子为-1。 7、 均匀外场ε中质量为m ,所带电荷为e -,频率为ω的一维谐振子体系。引入玻色子

算符

,2/)??(?ωω m p i x m a

+= ωω m p i x m a

2/)??(?-=+,

试证明可将哈密顿量表成

)??()2

1??(?a a a a H

+++=++λω , 并将其对角化。式中ω

ε

λ

m e 2 =。

? 相对论量子力学 1、 已知μμ

αα=+

,μνμννμδαααα2=+,试在βα=4为对角的表象中建立μα的矩阵表示。

2、 对于自由电子,证明|)|/(p p e e

=?σ是守恒量,并求出其本征值。

3、 试证明矢量算符

e e O ?-+=∑β∑β)1(

满足角动量算符的对易关系,而且与自由电子的哈密顿量对易。进而求出i

O ?的本征值。 4、 中微子是自旋为1/2,静质量为0的基本粒子。试仿照建立自由电子Dirac 方程的方法,建立中微子的

相对论性波动方程。[参见曾谨言《量子力学》(卷II )] 5、 求狄拉克粒子在深为0V 、宽为a 的一维方势阱中的能级。 6、 设在0=t

时,电子的归一化态矢量为

/11)0,(pz e d c b a V x ??

???

?

?

??=ψ, 其中d c b a ,,,与t x ,

无关,而且满足

1||||||||2222=+++d c b a 。

试求出电子处于态:0>E ,自旋向上;0>E ,自旋向下;0

向下的几率。

? 路径积分方法

1、证明传播子)'',""(t r t r K

所满足的组合规则。 2、试在薛定谔图象下计算三维自由粒子的传播子。

3、试在薛定谔图象下计算一维谐振子的传播子,并推广到三维情况。

4、试利用路径积分的方法计算一维自由粒子的传播子[参见曾谨言《量子力学》(卷II )]。

喀兴林高等量子力学习题6、7、8

练习 6.1 在ψ按A 的本征矢量{}i a 展开的(6.1)式中,证明若ψ 是归一化的,则 1=∑*i i i c c ,即A 取各值的概率也是归一化的。(杜花伟) 证明:若ψ是归一化的,则1=ψψ。根据(6.1)式 ∑=i i i c a ψ, ψi i a c = 可得 1===∑∑* ψψψψ i i i i i i a a c c 即A 取各值的概率是归一化的。 # 练习6.2 (1) 证明在定态中,所有物理量取各可能值的概率都不随时间变化,因而,所有物理量的平均值也不随时间改变. (2) 两个定态的叠加是不是定态? (杜花伟 核对:王俊美) (1)证明:在定态中i E i H i = , Λ3,2,1=i 则 ()t E i i i i t η -=ψ 所以 i A i e i A e A t E i t E i i i ==-η η ψψ. 即所有物理量的平均值不随时间变化. (2)两个定态的叠加不一定是定态.例如 ()()()t E i t E i e x v e x u t x 21,η η --+=ψ 当21E E =时,叠加后()t x ,ψ是定态;当21E E ≠时, 叠加后()t x ,ψ不是定态. # 6.3证明:当函数)(x f 可以写成x 的多项式时,下列形式上含有对算符求导的公式成立: ) (]),([)()](,[X f X i P X f P f P i P f X ?? =?? =ηη (解答:玉辉 核对:项朋) 证明:(1)

) ()()()()()()()()](,[P f P i P i P f P i P f P f P i P i P f P f P i X P f P Xf P f X ??=??-??+??=??-??=-=ηηηηηηψψ ψψψ ψψ ψψ 所以 )()](,[P f P i P f X ?? =η (2) ) () ()())(())(()()())(()()(]),([X f X i X f X i X i X f X i X f X f X i X i X f X Pf P X f P X f ??=?? --??--??-=?? --??-=-=ηηηηηηψψψψψ ψψ ψψ 所以 )(]),([X f X i P X f ?? =η # 练习6.4 下面公式是否正确?(解答:玉辉 核对:项朋) ),()],(,[P X f P i P X f X ?? =η 解:不正确。 因为),(P X f 是X 的函数,所以)],(,[P X f X =0 # 练习6.5 试利用Civita Levi -符号,证明:(孟祥海) (1)00=?=?L X ,L P (2)[]0=?P X L, (3)()()P X X P P X P X L ?-??-=ηi 22 2 2 证明: (1)∑∑∑∑=== ?ijk k j i ijk k j jk ijk i i i i i P X P P X P L P εε L P

高等量子力学复习题

上册 1.3 粒子在深度为0V ,宽度为a 的直角势阱(如图1.3)中运动,求 (a)阱口刚好出现一个束缚态能级(即0V E ≈)的条件; (b)束缚态能级总和,并和无限深势阱作比较 . 解 粒子能量0V E 小于时为游离态,能量本征值方程为: []0)(22''=-+ ψψx V E m (1) 令002k mV = ,β=- )(20E V m (2) 式(1)还可以写成 ?? ???≥=-≤=+)(阱外)(阱内4)(2,03)(2,022''2''a x a x mE ψβψψψ 无限远处束缚态波函 数应趋于0,因此式(4)的解应取为()2,a x Ce x x ≥=-βψ 当阱口刚好出现束缚态能级时,0,0≈≈βV E ,因此 2,0)('a x Ce x x ≥≈±=-ββψ (6) 阱内波函数可由式(3)解出,当0V E ≈解为 ()()2,s i n ,c o s 00a x x k x x k x ≤?? ?==ψψ奇宇称 偶宇称 (7) 阱内、外ψ和ψ应该连续,而由式(6)可知,2a x =处,0'=ψ, 将这条件用于式(7),即得 ,5,3,,02cos ,6,4,2,02 sin 0000ππππππ====a k a k a k a k 奇宇称偶宇称(8) 亦即阱口刚好出现束缚能级的条件为 ,3,2,1, 0==n n a k π (9) 即2 22202π n a mV = (10) 这种类型的一维势阱至少有一个束缚能级,因此,如果 2 2202π< a mV ,只存在一个束缚态,偶宇称(基态)。如果22202π = a mV ,除基态外,阱口将再出现一个能级(奇宇称态),共两个能级。如() 222022π= a mV ,阱口将出现第三个能级(偶宇称)。依此类推,由此可知,对于任何20a V 值,束缚态能级总数为 其中符号[A]表示不超过A 的最大整数。 当粒子在宽度为a 的无限深方势阱中运动时,能级为 ,3,2,1,212 =?? ? ??=n a n m E n π 则0V E ≤的能级数为 120-=?? ????=N mV a n π (12) 也就是说,如果只计算0V E ≤的能级数,则有限深)(0V 势阱的能级数比无限深势阱的能级数多一个。注意,后者的每一个能级均一一对应的高于前者的相应能级。

高等量子力学习题汇总(可编辑修改word版)

2 i i i j i j ± 第一章 1、简述量子力学基本原理。 答:QM 原理一 描写围观体系状态的数学量是 Hilbert 空间中的矢量,只相差一个复数因子的两个矢量,描写挺一个物理状态。QM 原理二 1、描写围观体系物理量的是 Hillbert 空间内的厄米算符( A ? );2、物理量所能取的值是相应算符 A ? 的本征值;3、 一个任意态总可以用算符 A ? 的本征态 a i 展开如下: = ∑C i a i i C i = a i ;而 物理量 A 在 中出现的几率与 C i 成正比。原理三 一个微观粒子在直角坐标下的位置 算符 x ? 和相应的正则动量算符 p ? 有如下对易关系: [x ? , x ? ]= 0 , [p ? , p ? ] = 0 , [x ?i , p ? j ]= i ij 原理四 在薛定谔图景中,微观体系态矢量 (t ) 随时间变化的规律由薛定谔方程给 i ? ?t (t ) = H ? (t ) 在海森堡图景中,一个厄米算符 A ?(H ) (t ) 的运动规律由海森堡 方程给出: d A ?(H ) (t ) = 1 [A ?(H ), H ? ] 原理五 一个包含多个全同粒子的体系,在 dt i Hillbert 空间中的态矢对于任何一对粒子的交换是对称的或反对称的。服从前者的粒子称为玻色子,服从后者的粒子称为费米子。 2、薛定谔图景的概念? 答: (x, t ) =< x |(t )>式中态矢随时间而变而 x 不含 t ,结果波函数ψ(x ,t )中的宗量 t 来自 ψ(t ) 而 x 来自 x ,这叫做薛定谔图景. ?1 ? ? 0? 3、 已知 = ?,= ?. 0 1 (1)请写出 Pauli 矩阵的 3 个分量; (2)证明σ x 的本征态 ? ? ? ? 1 ?1 ? 1 | S x ± >= ? = ? 1? (± ). 4、已知:P 为极化矢量,P=<ψ|σ|ψ>,其中ψ=C 1α+C 2β,它的三个分量为: 求 证: 2 2

高等量子力学习题.

高等量子力学习题 1、 对于一维问题,定义平移算符()a D x ,它对波函数的作用是() ()()a x x a D x -=ψψ,其中a 为实数。设()x ψ的各阶导数存在,试证明()dx d a x e i p a a D -=?? ? ??= ?exp 。 2、 当体系具有空间平移不变性时,证明动量为守恒量。 3、 若算符()x f 与平移算符()a D x 对易,试讨论()x f 的性质。 4、 给定算符B A ,,证明[][][]....,,! 21 ,++ +=-B A A B A B Be e A A ξξ。 5、 给定算符C B A 和、,存在对易关系[]C B A =,,同时[][]0,,0,==C B C A 。证明Glauber 公式C A B C B A B A e e e e e e e 2 12 1 ==-+。 6、 设U 为幺正算符,证明U 必可分解成iB A U +=,其中A 和B 为厄密算符,并满足 122=+B A 和[]0,=B A 。试找出A 和B ,并证明U 可以表示为iH e U =,H 为厄密 算符。 7、 已知二阶矩阵A 和B 满足下列关系:02 =A ,1=+++AA A A ,A A B + =。试证明 B B =2,并在B 表象中求出矩阵A 、B 。 8、 对于一维谐振子,求湮灭算符a ?的本征态,将其表示为谐振子各能量本征态n 的线性叠加。已知1?-=n n n a 。 9、 从谐振子对易关系[ ]1,=+ a a 出发,证明a e ae e a a a a λλλ--=+ +。 10、 证明谐振子相干态可以表示为 0*a a e ααα-+=。 11、 谐振子的产生和湮灭算符用a 和+ a 表示,经线性变换得+ +=va ua b 和 ++=ua va b ,其中u 和v 为实数,并满足关系122=-v u 。试证明:对于算符b 的任 何一个本征态,2 =???p x 。 12、 某量子体系的哈密顿量为,() 223 2 35++++= a a a a H ,其中对易关系[]1,=-≡++ + a a aa a a 。试求该体系的能量本征值。 13、 用+ a ?和a ?表示费米子体系的某个单粒子态的产生和湮灭算符,满足基本对易式

吉林大学2017-2018(1)概率统计C试卷答案

吉林大学2017~2018学年第一学期 《概率论与数理统计C 》试卷答案 2018年1月15日 一.填空题 (每小题3分,满分18分,将答案填在题中横线上) 1. 设事件 与事件 相互独立,且 , ,则 = 3/7 . 2. 设随机变量 的概率分布为 若随机变量 ,则 0.3 . 3.已知随机变量 ,且 与 相互独立, ,则 . 4.设随机变量 在区间 内服从均匀分布,在条件 下,随机变量 在区间 内服从均匀分布,则 和 的联合概率密度为 , , , 其他, . 5. 设 是相互独立同分布的随机变量, , , ,则由切比雪夫不等式可知 1/4 , 其中8 1 18i i X X ==∑. 6. 设总体 ,一组样本值为 ,则参数 的置信水平为0.95的置信区间为 (-0.98,0.98) . (96.10.025=u )

二.选择题(每小题3分,满分18分.每小题只有一个选项符合题 目要求,将正确选项前的字母填在题中括号内) 1. 设 为任意两个事件,且 ,则下列结论中正确的是( B ). (A) (B) (C) (D) 2.若要 成为随机变量 的概率密度,则 的可能取值区间是( A ). (A) 0,2π?????? (B) ,2ππ?????? (C) []0,π (D) 37,24ππ?????? 3.设 是二维随机变量,与 不等价的是 ( D ). (A) (B) (C) (D) X 和Y 相互独立 4.设随机变量 和 都服从标准正态分布 ,则下列结论中正确的是( C ). (A) 服从正态分布 (B) 服从 分布 (C) 和 都服从 分布 (D) 服从 分布 5.设总体 的均值为 ,方差为 , 是来自总体 的样本,则下列 的无偏估计量中最有效的是( D ). (A) 12341111 6633X X X X +++ (B) 123111 333X X X ++ (C) 12343411 5555X X X X +-- (D) 12341111 4444 X X X X +++ 6.设总体 , 是来自总体 的样本,若 未知,检验假设 为 ,则应取检验统计量为( B ). (A) (B) (C) (D) ( )2 21 1 μσn i i X =-∑

量子力学习题答案

量子力学习题答案

2.1 如图所示 左右 0 x 设粒子的能量为,下面就和两种情况来讨论 (一)的情形 此时,粒子的波函数所满足的定态薛定谔方程为 其中 其解分别为 (1)粒子从左向右运动 右边只有透射波无反射波,所以为零 由波函数的连续性 得 得 解得 由概率流密度公式 入射 反射系数 透射系数 (2)粒子从右向左运动 左边只有透射波无反射波,所以为零 同理可得两个方程 解 反射系数 透射系数 (二)的情形 令,不变 此时,粒子的波函数所满足的定态薛定谔方程为 其解分别为

由在右边波函数的有界性得为零 (1)粒子从左向右运动 得 得 解得 入射 反射系数 透射系数 (2)粒子从右向左运动 左边只有透射波无反射波,所以为零 同理可得方程 由于全部透射过去,所以 反射系数 透射系数 2.2 如图所示 E 0 x 在有隧穿效应,粒子穿过垒厚为的方势垒的透射系数为 总透射系数 2.3 以势阱底为零势能参考点,如图所示 (1) ∞∞ 左中右 0 a x 显然 时只有中间有值 在中间区域所满足的定态薛定谔方程为 其解是 由波函数连续性条件得

∴ ∴ 相应的 因为正负号不影响其幅度特性可直接写成由波函数归一化条件得 所以波函数 (2) ∞∞ 左 中右 0 x 显然 时只有中间有值 在中间区域所满足的定态薛定谔方程为 其解是 由波函数连续性条件得 当,为任意整数, 则 当,为任意整数, 则 综合得 ∴ 当时,, 波函数 归一化后 当时,, 波函数 归一化后 2.4 如图所示∞ 左右 0 a 显然 在中间和右边粒子的波函数所满足的定态薛定谔方程为 其中

概率作业B解答

普通高等教育“十一五”国家级规划教材 随机数学 (B) 标准化作业简答 吉林大学公共数学中心 2013.2

第一次作业 一、填空题 1.解:应填 29 . 分析:样本空间含基本事件总数2 10C ,事件所含基本事件数为10个,即(1,2),(2,3)…, (9,10),(10,1)共10个,故所求概率为 210102 9 C =. 2.应填0.6. 分析: ()()()1()1()()()P AB P A B P A B P A B P A P B P AB ==+=-+=--+, 故()1()0.6.P B P A =-= 3.应填1 3. 4. 应填172 5. 5.应填 23. 6 . 二、选择题 1.(D ).2.(C ).3.(B ).4.(C ).5.(C ).6.(A ). 三、计算题 1.将n 只球随机地放入N ()n N ≤个盒子中,设每个盒子都可以容纳n 只球,求:(1)每个盒子最多有一只球的概率1p ;(2)恰有()m m n ≤只球放入某一个指定的盒子中的概率2p ;(3)n 只球全部都放入某一个盒子中的概率3p . 解:此题为古典概型,由公式直接计算概率. (1)1n N n P p N =. (2)2(1)m n m N n C N p N --=. (3)31 1 n n N p N N -= = .

2.三个人独立地去破译一份密码,已知每个人能译出的概率分别为111 ,,534,问三人 中至少有一人能将此密码译出的概率是多少? 解:设i A 表示事件“第i 个人译出密码”,1,2,3.i =B 表示事件“至少有一人译出密码”. 则1231234233 ()1()1()()()15345 P B P A A A P A P A P A =-=-=- =. 3.随机地向半圆)0(202>-<

量子力学教程高等教育出版社周世勋课后答案详解

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 λ T=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 e c hv d kT hv v v 1 183 3 -?=πρ, (1) 以及 c v =λ, (2) λρρd dv v v -=, (3) 有 ,1 18)() (5 -?=?=?? ? ??-=-=kT hc v v e hc c d c d d dv λλλ πλλρλ λλρλ ρ ρ 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:

011511 86 ' =???? ? ?? -?+--?= -kT hc kT hc e kT hc e hc λλλλλ πρ ? 0115=-?+ -- kT hc e kT hc λλ ? kT hc e kT hc λλ= -- )1(5 如果令x= kT hc λ ,则上述方程为 x e 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 xk hc T m =λ 把x 以及三个物理常量代入到上式便知 K m 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 , λ h 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 e p 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 p h = λ

量子力学期末考试试卷及答案

量子力学期末试题及答案 红色为我认为可能考的题目 一、填空题: 1、波函数的标准条件:单值、连续性、有限性。 2、|Ψ(r,t)|^2的物理意义:t时刻粒子出现在r处的概率密度。 3、一个量的本征值对应多个本征态,这样的态称为简并。 4、两个力学量对应的算符对易,它们具有共同的确定值。 二、简答题: 1、简述力学量对应的算符必须是线性厄米的。 答:力学量的观测值应为实数,力学量在任何状态下的观测值就是在该状态下的平均值,量子力学中,可观测的力学量所对应的算符必须为厄米算符;量子力学中还必须满足态叠加原理,而要满足态叠加原理,算符必须是线性算符。综上所述,在量子力学中,能和可观测的力学量相对应的算符必然是线性厄米算符。 2、一个量子态分为本征态和非本征态,这种说法确切吗? 答:不确切。针对某个特定的力学量,对应算符为A,它的本征态对另一个力学量(对应算符为B)就不是它的本征态,它们有各自的本征值,只有两个算符彼此对易,它们才有共同的本征态。 3、辐射谱线的位置和谱线的强度各决定于什么因素? 答:某一单色光辐射的话可能吸收,也可能受激跃迁。谱线的位置决定于跃迁的频率和跃迁的速度;谱线强度取决于始末态的能量差。 三、证明题。

2、证明概率流密度J不显含时间。 四、计算题。 1、

第二题: 如果类氢原子的核不是点电荷,而是半径为0r 、电荷均匀分布的小球, 计算这种效应对类氢原子基态能量的一级修正。 解:这种分布只对0r r <的区域有影响,对0r r ≥的区域无影响。据题意知 )()(?0 r U r U H -=' 其中)(0r U 是不考虑这种效应的势能分布,即 2004ze U r r πε=-() )(r U 为考虑这种效应后的势能分布,在0r r ≥区域, r Ze r U 024)(πε-= 在0r r <区域,)(r U 可由下式得出, ?∞ -=r E d r e r U )( ???????≥≤=??=)( 4 )( ,43441 02 003003303 420r r r Ze r r r r Ze r r Ze r E πεπεπππε ??∞ --=0 )(r r r Edr e Edr e r U ?? ∞ - - =00 20 2 3 002 144r r r dr r Ze rdr r Ze πεπε )3(84)(82 203 020*********r r r Ze r Ze r r r Ze --=---=πεπεπε )( 0r r ≤ ?? ???≥≤+--=-=')( 0 )( 4)3(8)()(?00022 2030020r r r r r Ze r r r Ze r U r U H πεπε

量子力学习题汇集

第一章习题 1.证明下列算符等式 [][][][][][][][][][][][][][][]0 ,,,,,,,,,,,,,,,=+++=+=+=+B A C A C B C B A B C A C B A C AB C B A C A B BC A C A B A C B A 2.设粒子波函数为),,(z y x ψ,求在()dx x x +, 范围内找到粒子的几率. 3.在球坐标中,粒子波函数为()??ψ,,r ,试求: 1)在球壳(r,r+dr)中找到粒子的几率; 2)在()??,方向的立体角Ωd 中找到粒子的几率. 4.已知力学量F 的本征方程为 n n n F ?λ?= 求在状态波函数 332211???ψc c c ++= 下测力学量F 的可能值,相应的几率及平均值(假设波函数ψ已归一或不归一的情况). 第二章习题 1.一粒子在二维势场

???∞=,,0),(y x V 其它b y a x <<<<0,0 中运动,求粒子的能级和波函数.能级是否简并 2.由哈密顿算符 () 2232 22221222 2z y x m m H ωωω+++?-=η 所描述的体系,称各向异性谐振子.求其本征态和本征值. 3.利用递推关系 ??? ? ??--=+-1121 2)(n n n n n x dx d ψψαψ 证明 ( ) 222 22)2)(1()12()1(2 +-++++--=n n n n n n n n n dx d ψψψαψ 并由此证明在n ψ态下 2 ,0n E T P = = 第 四 章 习 题 1. 证明 )cos sin (cos ???i A +=ψ 为2L 和y L 的共同本征态,并求相应的本征值。说明当体系处在此状态时, z L 没有确定值。

吉林大学高等量子力学习题答案共11页word资料

高等量子力学习题和解答 ? 量子力学中的对称性 1、 试证明:若体系在线性变换Q ?下保持不变,则必有0]?,?[=Q H 。这里H ?为 体系的哈密顿算符,变换Q ?不显含时间,且存在逆变换1?-Q 。进一步证明,若Q ?为幺正的,则体系可能有相应的守恒量存在。 解:设有线性变换Q ?,与时间无关;存在逆变换1?-Q 。在变换 若体系在此变换下不变,即变换前后波函数满足同一运动方程 ?''?t t i H i H ?ψ=ψ?ψ=ψ h h 进而有 2、 令坐标系xyz O -绕z 轴转θd 角,试写出几何转动算符)(θd R z e ρ的矩阵表示。 解: 'cos sin 'sin cos 'O xyz z d x x d y d y x d y d z z θθθθθ -=+=-+=考虑坐标系绕轴转角 用矩阵表示 '10'10'00 1x d x y d y z z θθ?????? ? ???=- ? ??? ? ?????? ??? 还可表示为 '()z e r R d r θ=r 3、 设体系的状态可用标量函数描述,现将坐标系绕空间任意轴n ρ 转θ d 角, 在此转动下,态函数由),,(z y x ψ变为),,(),()',','(z y x d n U z y x ψθψρ =。试导出转动算符),(θd n U ρ 的表达式,并由此说明,若体系在转动),(θd n U ρ 下保持不变,则体系的轨道角动量为守恒量。 解:从波函数在坐标系旋转变换下的变化规律,可导出旋转变换算符

()z e U d θr 利用 (')()()z e r U d r θψ=ψ 及 (')()r Rr ψ=ψr r 可得 ()1z e z i U d d L θθ=-r h 通过连续作无穷多次无穷小转动可得到有限大小的转动算符 绕任意轴n 转θ角的转动算符为 1U U U -+=? 为幺正算符 若 (')()()z e r U d r θψ=ψr r r 则必有 1 (')()()()()[,] z z e e z H r U d H r U d i H r d H L θθθ-==+r r r r r h 若哈密顿量具有旋转对称性,就有[,]0z H L =→角动量守恒 4、 设某微观粒子的状态需要用矢量函数描述,试证明该粒子具有内禀自旋 1=S 。 解:矢量函数在旋转变换下 后式代入前式 '(')(')[](')[](')x x y y x y z z r r e d e r d e e r e θθψ=ψ++ψ-++ψr r r r r r r r r r 又 '(')'(')'(')'(')x x y y z z r r e r e r e ψ=ψ+ψ+ψr r r r r r r r 比较得 '(')(')(') ?[1]()[1]()[1]()() x x y z x z y z x y r r d r i i d L r d d L r i d L r d r θθ θθθθψ=ψ-ψ=-ψ--ψ=-ψ-ψr r r r r h h r r h 类似可得 ?'(')()[1]()?'(')[1]()y x z y z z z i r d r d L r i r d L r θθθψ=ψ+-ψψ=-ψr r r h r r h

吉林大学2015概率论与数理统计大作业完整版

吉林大学网络教育 大作业 1.仪器中有三个元件,它们损坏的概率都是0.2,并且损坏与否相互独立.当一个元件损坏时, 仪器发生故障的概率为0.25,当两个元件损坏时,仪器发生故障的概率为0.6,当三个元件损坏时,仪器发生故障的概率为0.95, 当三个元件都不损坏时,仪器不发生故障.求:(1)仪器发生故障的概率;(2)仪器发生故障时恰有二个元件损坏的概率. (1)解:设A 表示事件“仪器发生故障”,i=1,2,3 P(A)= )/()(3 1 B B i i i A P P ∑=, P(B1)=3*0.2*0.80.2=0.384,P(B2)=3*0.22*0.8=0.096,P(B3)=0.23=0.008 所以P(A)=0.384*0.25+0.096*0.6+0.008*0.95+0.1612 (2) P(B 2/A)= ) ()(2A P A p B =0.96*0.6/0.1612=0.3573 2.设连续型随机变量X 的分布函数为 0, ,()arcsin ,,(0)1, ,x a x F x A B a x a a a x a ≤-??? =+-<<>?? ≥?? 求:(1)常数A 、B .(2)随机变量X 落在,22a a ?? - ??? 内的概率.(3)X 的概率密度函数. 解:(1)F (a+0)=A-2πB=0,F (a-0) =A+2πB=1 所以A=0.5 B=π 1 (2)P{-2a

高等量子力学考试知识点

1、黑体辐射: 任何物体总在吸收投射在它身上的辐射。物体吸收的辐射能量与投射到物体上的辐射能之比称为该物体的吸收系数。如果一个物体能吸收投射到它表面上的全部辐射,即吸收系数为1时,则称这个物体为黑体。 光子可以被物质发射和吸收。黑体向辐射场发射或吸收能量hv的过程就是发射或吸收光子的过程。 2、光电效应(条件): 当光子照射到金属的表面上时,能量为hv的光子被电子吸收。 临界频率v0满足 (1)存在临界频率v0,当入射光的频率v

7、一维无限深势阱(P31) 8、束缚态:粒子只能束缚在空间的有限区域,在无穷远处波函数为零的状态。 一维无限深势阱给出的波函数全部是束缚态波函数。 从(2.4.6)式还可证明,当n分别是奇数和偶数时,满足 即n是奇数时,波函数是x的偶函数,我们称这时的波函数具有偶宇称;当n是偶数时,波函数是x的奇函数,我们称这时的波函数具有奇宇称。 9、谐振子(P35) 10、在量子力学中,常把一个能级对应多个相互独立的能量本征函数,或者说,多个相互独立的能量本征函数具有相同能量本征值的现象称为简并,而把对应的本征函数的个数称为简并度。但对一维非奇性势的薛定谔方程,可以证明一个能量本征值对应一个束缚态,无简并。 11、半壁无限高(P51例2) 12、玻尔磁子 13、算符 对易子 厄米共轭算符 厄米算符:若,则称算符为自厄米共轭算符,简称厄米算符 性质:(1)两厄米算符之和仍为厄米算符 (2)当且仅当两厄米算符和对易时,它们之积才为厄米算符,因为 只在时,,才有,即仍为厄米算符

喀兴林高等量子力学习题EX2.算符教学提纲

喀兴林高等量子力学习题E X2.算符

EX2.算符 2.1证明下列常用公式 (陈玉辉解答 项鹏核对 ) (1)C B A C A B BC A ],[],[],[+= 证明: C B A C A B C BA AB CA AC B BAC ABC BCA BAC BCA ABC BC A ],[],[][][] ,[+=-+-=-+-=-= (2)B C A C B A C AB ],[],[],[+= 证明: B C A C B A B CA AC CB BC A CAB ACB ACB ABC CAB ABC C AB ],[],[][][],[+=-+-=-+-=-= 2.2 若算符B 与],[B A 对易,证明: (陈玉辉解答 项鹏核对 ) ],[],[1B A nB B A n n -= 证明:],[],[],[],[111---+=?=n n n n B A B B B A B B A B A 将n 换成(n-1),就有 ],[],[],[221---+=n n n B A B B B A B A ],[],[2],[],[],[],[2212211-----+=++=?n n n n n n B A B B B A B A B B B A B B A B A 重复这种递推过程(n-1)次,即得 ] ,[],[],)[1(] ,[],)[1(],[111)1(11B A nB B A B B B A n B A B B B A n B A n n n n n n n n -------=+-=+-= #

练习2.3 证明: (输入人:杜花伟 核对人:王俊美) (1)若A 有逆,a ≠0,则aA 也有逆,且1 11)(--= A a aA ; (2)若A,B 都有逆,则AB 也有逆,且111)(---=A B AB ; (3)})(1{)(111---+-=+B A B A B A ; (4)???+++=--------11121111)(BA BA A BA A A B A λλλ.(λ为复数); 证明:(1)若A 有逆,a ≠0,满足1,111==--aa AA ,则 11111==----AA aa A aAa 所以aA 有逆,且111)(--= A a aA . (2) 若A,B 都有逆,满足1,111==--BB AA ,则 1111==---AA A ABB 所以AB 有逆,且111)(---=A B AB . (3) } )(1{})())({(}))({(})({)()(111111 1 11111 ------------+-=+-++=+-+=+=+=+B A B A B A B B A B A A B A B B A A B A A A B A A A B A (4) 由于1)1(--χ(x 极小,即x →0时)展为级数: ???++++=--3211)1(χχχχ 故(? ??+++=???+++=-=-=----------------111211********* 11 )1() 1()]1([)(BA BA A BA A A BA BA BA A BA A BA A B A λλλλλλλ #

量子力学教程课后习题答案高等教育

量子力学习题及解答 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 λ T=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 e c hv d kT hv v v 1 1 833 -? =πρ, (1) 以及 c v =λ, (2) λρρd dv v v -=, (3) 有 ,1 18)() (5-?=?=?? ? ??-=-=kT hc v v e hc c d c d d dv λλλ πλλρλλλρλρ ρ 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: 011511 86 ' =???? ? ?? -?+--?= -kT hc kT hc e kT hc e hc λλλλλ πρ

? 0115=-?+ --kT hc e kT hc λλ ? kT hc e kT hc λλ= -- )1(5 如果令x= kT hc λ ,则上述方程为 x e 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 xk hc T m =λ 把x 以及三个物理常量代入到上式便知 K m 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 e p 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 p h = λ

吉林大学概率论与数理统计

1. 将n 只球随机地放入N ()n N ≤个盒子中,设每个盒子都可以容纳n 只球,求:(1)每个盒子最多有一只球的概率1p ;(2)恰有()m m n ≤只球放入某一个指定的盒子中的概率 2p ; (3)n 只球全部都放入某一个盒子中的概率3p .(10分) 解:由公式直接计算概率. (1)1n N n P p N =. (2)2(1)m n m N n C N p N --=. (3)311n n N p N N -= =. 2.已知随机变量X 的概率密度为(10分) ,0<1,()0,ax b x f x +=??? ?求(1)常数,a b 的值;(2)1142P X ??<≤????;(3)()E X . 解:(1)由1011()d ()d 2 f x x ax b x a b +∞-∞==+=+??, 再由112513 1{}()d ,8282 P X ax b x a b =>=+=+? 解得11,2 a b ==. (2)1214 1117{}()d .42232P X x x <≤=+=? (3)()E X =∫(-∞,+∞)f(x)xdx=a/3+b/2=7/12 3. 设随机事件A 、B 满足11(),()(),42P A P B A P A B ===令1,0A X A ?=?? 发生,,不发生, 1,0B Y B ?=?? 发生,,不发生,求(1)(,)X Y 的概率分布;(2)Z X Y =+的概率分布. (20分) 解:(1)111(),()()4312P A P B A P AB ==?=,11()()26 P A B P B =?= {}20,0()1()()()3 P X Y P AB P A P B P AB ====--+=, {}10,1()()()12 P X Y P AB P B P AB ====-=,

清华大学《大学物理》习题库试题及答案__10_量子力学习题

一、选择题 1.4185:已知一单色光照射在钠表面上,测得光电子的最大动能是1.2 eV ,而钠的红 限波长是5400 ?,那么入射光的波长是 (A) 5350 ? (B) 5000 ? (C) 4350 ? (D) 3550 ? [ ] 2.4244:在均匀磁场B 内放置一极薄的金属片,其红限波长为λ0。今用单色光照射, 发现有电子放出,有些放出的电子(质量为m ,电荷的绝对值为e )在垂直于磁场的平面内作 半径为R 的圆周运动,那末此照射光光子的能量是: (A) 0λhc (B) 0λhc m eRB 2)(2+ (C) 0 λhc m eRB + (D) 0λhc eRB 2+ [ ] 3.4383:用频率为ν 的单色光照射某种金属时,逸出光电子的最大动能为E K ;若改用 频率为2ν 的单色光照射此种金属时,则逸出光电子的最大动能为: (A) 2 E K (B) 2h ν - E K (C) h ν - E K (D) h ν + E K [ ] 4.4737: 在康普顿效应实验中,若散射光波长是入射光波长的1.2倍,则散射光光子 能量ε与反冲电子动能E K 之比ε / E K 为 (A) 2 (B) 3 (C) 4 (D) 5 [ ] 5.4190:要使处于基态的氢原子受激发后能发射赖曼系(由激发态跃迁到基态发射的各 谱线组成的谱线系)的最长波长的谱线,至少应向基态氢原子提供的能量是 (A) 1.5 eV (B) 3.4 eV (C) 10.2 eV (D) 13.6 eV [ ] 6.4197: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: (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 [ ] 7.4748:已知氢原子从基态激发到某一定态所需能量为10.19 eV ,当氢原子从能量为 -0.85 eV 的状态跃迁到上述定态时,所发射的光子的能量为 (A) 2.56 eV (B) 3.41 eV (C) 4.25 eV (D) 9.95 eV [ ] 8.4750:在气体放电管中,用能量为12.1 eV 的电子去轰击处于基态的氢原子,此时 氢原子所能发射的光子的能量只能是 (A) 12.1 eV (B) 10.2 eV (C) 12.1 eV ,10.2 eV 和 1.9 eV (D) 12.1 eV ,10.2 eV 和 3.4 eV [ ] 9.4241: 若α粒子(电荷为2e )在磁感应强度为B 均匀磁场中沿半径为R 的圆形轨 道运动,则α粒子的德布罗意波长是 (A) )2/(eRB h (B) )/(eRB h (C) )2/(1eRBh (D) )/(1eRBh [ ] 10.4770:如果两种不同质量的粒子,其德布罗意波长相同,则这两种粒子的 (A) 动量相同 (B) 能量相同 (C) 速度相同 (D) 动能相同 [ ] 11.4428:已知粒子在一维矩形无限深势阱中运动,其波函数为: a x a x 23cos 1)(π?=ψ ( - a ≤x ≤a ),那么粒子在x = 5a /6处出现的概率密度为 (A) 1/(2a ) (B) 1/a (C) a 2/1 (D) a /1 [ ] 12.4778:设粒子运动的波函数图线分别如图(A)、(B)、(C)、(D)所示,那么其中确定 粒子动量的精确度最高的波函数是哪个图? [ ]

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