粒子作一维运动,当总能量算符为 (1) 时,能级为E.如总能量算符变成 (2) 求能级En.
粒子作一维运动,当总能量算符为
(1)
时,能级为E.如总能量算符变成
(2)
求能级En.
粒子作一维运动,当总能量算符为
(1)
时,能级为E.如总能量算符变成
(2)
求能级En.
作为一维铁磁体的简化模型,考虑自旋为的许多粒子排列在一直线上,每个粒子各处一定的位置,如图所示.假设每个粒子只与左右近邻发生自旋一自旋相互作用,体系的总能量算符为(取h=1)
,γ>0
试证明(a)总自旋
为守恒量;(b)在体系的基态下,相邻粒子之间必然构成自旋三重态(自旋指向互相“平行”).讨论基态能级的简并度.
有一种简化的“一维氦原子”模型,原子核一电子以及电子-电子间的作用势均用δ势阱(垒)表示,总能量算符取为
(1)
其中x1、x2表示电子1和2的坐标,Ze是原子核电荷.如采用自然单位,即距离以a0/Z为单位(a0是Bohr半径),能量以Z2e2/a0为单位,则H可以简化成
(2)
如视电子-电子作用势(上式中最后一项)为微扰,试求体系的能级(一级近似),并和三维氦原子的微扰论结果比较.
电荷为q的谐振子,t<0和t>τ时处于自由振动状态,总能量算符为
(1)
能量本征态记为ψn,能级.当0≤t≤τ,外加均匀电场,总能量算符变成
(2)
H的本征态记为φn,本征值为En.
设t≤0时该谐振子处于基态ψ0,求t>τ时的波函数ψ(x,t),以及ψ(x,t)中各能量本征态ψn的成分.
在原子核(电荷Ze)周围运动的N电子体系,忽略自旋和相对论效应后,总能量算符可以写成
H=T+V (1)
其中
,(2)
(3)
对于体系的任何一个束缚态,证明位力定理:
(4)
质量μ,电荷q的粒子在磁场B=▽×A中运动,定义机械角动量算符
L=μr×v (1)
其中v为速度算符.计算dv/dt和dL/dt.
设能级εj(为了方便,取εj=0)上有N个粒子,粒子间有“对力”(airing force)作用,总Hamilton量为
,G>0 (1)
其中是“对产生算符”(pair creation operator),ajm是“对湮没算符”.是的时间反演态.
试求这N个粒子体系的能谱.
(1)设E和P是粒子体系在实验室参考系∑中的总能量和总动量(p与x轴方向夹角为θ)。证明在另一参考系∑'(相对于∑以速度v沿x轴方向运动)中的粒子体系总能量和总动量满足
(2) 某光源发出的光束在两个惯性系中与x轴的夹角分别为θ和θ',证明:
(3) 考虑在∑系内立体角为dΩ=dcosθdφ的光束,证明当变换到另一惯性系∑'时,立体角为
对于两个自旋1/2粒子组成的体系,令
r=r1-r2,n=r/r, (r方向单位矢量)
定义张量算符(取h=1)
(1)
(a)证明(S12)2=4S2-2S12,S为总自旋.再进而证明S12的任意正整数次幂均可表示成S12和S2的线性组合;
(b)求S12的本征值;
(c)令n经历各种方向(机会均等),求S12的平均.
对于自旋为1/2的粒子,取h=1,则,σ为Pauli算符.以r表示粒子的空间位矢,r方向单位矢量为.
众所周知,质量m,电荷q的粒子处于状态ψ(r)时,空间各处的电荷密度及电流密度为
ρ(r)=qψ*(r)ψ(r) (1)
(2)
今引入电荷密度算符及电流密度算符
(3)
(4)
其中为动量算符,
(5)
试解释算符和的意义,并证明它们的平均值就是式(1)和(2).再将结果推广到有磁场的情形.