量子力学常用积分公式(4)

2019-08-30 11:27

??1*22*3???????dx?2mi????i????*??3?????*?*?3?????????????????x,tVx,x?x,t??x,tVx,x?x,tdx?dx??0?????????????x?x??将前式等号左方第一项变成面积分[高斯定理],第二项变成六重积分:

??2mix??1??????????ds????i**s?????*?*?*???????x?,t?]d3x?d3x??0?????????[?x,tVx,x?x,t??x,tVx,x???????* (4 )

前式等号左方第一项由于波函数平方可积条件(??0,??x??0当x??时)可消去,因??x,t?和??x?,t?形式相同,xx?对易:

?????????????????????x,t?Vx,x?Vx,x?x,t??d??????**?x?3x?d3x??0 (5)

这积分式定积分,它等于零的可能性要求被积函数为零,即: V?x,x???V??*???x,x??

因此V?x,x??必须是x,x?实函数。#

????[15]写出动量表象中的薛定谔方程式。

[解]本题可有二中[A]含时间薛定谔方程式,[B]定态薛定谔方程式。 [A]写出含时间薛氏方程式:

???22?????V?x?? (1) ?i?t2m为将前式变换成动量表象,可写出含时间的表象变换式:

? ??x,t???? ??p,t????2?2???3/2?2?ip?x/?3???x,tedp (2) ????????2???3/2???ip?x/?3?????x,t?edx (3)

为了能用(3)变换(1)式,将(1)式遍乘?1?2???3/2e???ip?x/h,对空间积分:

1?2???3/22????i?????ipe?x/?d3x?t2?ip?x/?3??edx??????12m?2???3/213/2

?左方变形

V?x?e????2????ip?x/?d3x?

???1??ip?x/?3?i??x,t?edx?t?2???3/2??? (4) ????i??p,t??t等号右方第一积分是可以用三重积分的分部积分来变形的,这式写成标量:

?1?2???3/2??2?2?2?2?i?pxx?pyy?pzz?/??2?2?2??dxdydz (5) ??e2m?????x?y?z??

计算(5)的x部分分部积分法:

?2?i?pxx?pyy?pzz?/?edxdydz 2???zyx?x????i?pxx?pyy?pzz?/?????d?dydz ?e?x?zyx??????i(pxx?pyy?pzz)/??xy?xe??dydz

?ipx??????i?pxx?pyy?pzz?/??xedxdydz ??ipxi(pxx?pyy?pzz)/?????ed?dydz

zyx??ipxi(pxx?pyy?pzz)/??????exy??dydz

?(ipx2i(px?py?pz)/??)???exyz?dxdydz zyx??p2xi(pxx?pyy?pzz)/??2???e?dxdydz

zyx?2?2关于?y2,?z2的积分按同法计算,(5)式的结果是

1??2?2???3/2????????p222x?py?pz?????x,t?e?i?p??x/?2m?dxdydz??2??p212m????2?h?3/2??x,t?ei?p??x/? ?p2?2m??p,t? 再计算(4)式右方第二积分

1?2???V??x????x,t?e?i?p???x/????3/2d3x ??1?2???3/2???V??x?{???p?,t?e?i?p???x/?d3p?} ?????pe?ip?x/hd3x?12????????p?,t?{V??x?ei(p??p)?x/?d3x}d3p? ????p?????G??p,?p??????p?,t?d3p? ?p

7) (

但最后一个积分中

???1???i(p??p)?x/?3??G?p,p???Vxedx ???2?h?p?指坐标空间,?p指动量相空间,最后将(4)(6)(7)综合起来就得到动量表象的积分方

程式如下:

?p2??????i??p,t????p,t?????G?p,p????p?,t?d3p? (8) ?t2m?p若要将定态薛定谔方程式从坐标表象变成动量表象,运算步骤和上面只有很少的差别,设粒

子能量为E,坐标表象的薛氏方程:

?22??????x???E?V?x????x??0 2m动量表象方程也是积分方程式,其中G(p,p?)是这个方程式的核(Kernel)

??p2????????p??E??p?????G?p,p????p?,t?d2p??0 (9) 2m?p#

[16]*设在曲线坐标(qqq)中线元ds表为

2ik ds?gikdqdq

123写出这曲线坐标中的薛定谔方程式,写出球面坐标系中的薛定谔方程式。 (解)dx??x?x?xdq1?dq2?同样关于y,z有类似的二式。(这里为书写方便q的上?q1?q2?q3标改成下标。)

*参看Amer.J.Phys.Vol.41.1973-11

???x?2??y?2??z?1?2??????ds2?dx2?dy2?dz2?????dq1 ??q???q???q????1??1??1??????x?2??y?2??z?1?2?????? ?????dq2??q???q???q????2??2??2??????x?2??y?2??z?1?2?????q??????q??????q???dq3 ???3??3??3?????x?x?y?y?z?z??2????dq1dq2 ??q1?q2?q1?q2?q1?q2???x?x?y?y?z?z??2????dq2dq3 ??q2?q3?q2?q3?q2?q3???x?x?y?y?z?z??2????dq3dq1 ??q3?q1?q3?q1?q3?q1?(令gik??xyz?x?x)为坐标变换系数:

?qi?qk???设沿曲线坐标等势面的单位矢量是a1,a2,a3则

?????????grad?????i?j?k

?x?y?z???a1??a2??a3???? ?

g11?q1g22?q2g33?q3 ?1???g22g33??????] [a1g11g22g33?q11?g22g33??{[]g11g22g33?q1g11?q1?g33g11???g11g22??[]?[]} (1) ?q2g22?q2?q3g33?q3?2??div?grad???

?代入直角坐标薛定谔方程式:

??2?gg????g11g33????i???q1q2q3t???{[2233]?[] ?t2mg11g22g33?q1g11?q2?q2g22?q2??g11g22???[]}?V??q1q2q3????q1q2q3t? (2) ?q3g33?q2但 ???q1q2q3t???{x?q1q2q3?,y?q1q2q3?,z?q1q2q3?,t} V??V{x?q1q2q3????}

在球坐标情形x?rsin?cos?,y?rsin?sin?,z?rcos?式正交坐标系

??x???y???z?g11??????????1

??r???r???r?222


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