量子力学补充习题集1(4)

2018-11-28 18:36

10-12 一个粒子在一维无限深势阱中运动,U(x,y)??求基态和第一激发态(是二重简并态)的能量修正。 ?E1(0)?a10-13 设在H表象中,H???b?0?0,??,0?x,y?a其它地方?'??xy(0?x,y?a), ,若加上微扰HbE2(0)??(a,b为实数),用微扰论求能量修正(到二级近似),并与严??a?格求解比较。

10-14 求氢原子n=3时的斯塔克分裂。

?'?10-15 一维谐振子受到微扰H?2m?x(??1)的作用,试求能级的一、二级微扰修正,并与精确解比较。

122210-16设粒子在球对称谐振子势阱U(r)????xyz?扰H'试写出能级和能量本征函数。它受到微m?(x?y?z)中运动,

2222?2??xyz222(1)计算基态的能级移动(准确到?),(2)用微扰后的基态(???1)的作用,

2?(一级近似),计算r。

10-17 将由两个自旋为1/2粒子组成的体系置于沿Z方向的均匀磁场中,与自旋有关的哈密顿量为

??a??b?H1z2z??试就弱磁场(c??a,b)和强磁场(a,b??c)两种情形,用微扰论计算体系的?c?1??2,

能级(二级近似),并与精确解比较。

?E1(0)???10-18 设在H0表象中,H的矩阵表示为H??0?*?a0E2b(0)*a??b?,试用微扰求能量的二级修正。 (0)?E3?210-19 试用变分法求谐振子的归一化基态波函数和基态能量,设试探波函数为??ce??x,其中c为归一化常数,?为与x无关的变分参数。

???10-20 设一个非谐振子的哈密顿量为H?2d222mdx??x,设用简谐振子的波函数?0(x)?4??1/4e122??x2为试探

波函数,?为可调参数,求其基态的能量。 10-21 设氢原子的基态试探波函数为?(?,r)?Ne数,求基态能量并与精确解比较。

?r/a,10-22 设在氘核中质子与中子的作用势可表示为U(r)??U0e??(r/a0)2,a0??/?es,其中N为归一化常数,?为变分参

22U0?32.7Mev,a?2.16fm(10?13cm),

取质子与中子的相对运动试探波函数为R(r)?Ne??r/2a,试用变分法求氘核的基态能量和基态半径。

10-23 转动惯量为I,电偶极矩为D的平面转子,置于沿x方向的均匀电场?中,哈密顿量为

—16—

???H?2d222Id?,设电场很强,D????2/I求基态能量近似值。设试?D?cos?,?为旋转角(从x轴算起)

探波函数为ce122???2,(提示:对e???积分时,用积分限(??,?)代替(??,?))。 (??????)。

2210-24 转动惯量为I,电偶极矩为D的空间转子受到沿Z轴方向的均匀电场?作用,其哈密顿量为???H??H?'?L2/2I?D?cos?。?的本征值和本征函数,能级简并度,?'为微扰,求基态(1)求(2)视HHH00?')?,其中?为H?的基态本征函数。试用变能量(准确到二级修正),(3)取试探波函数为?(?)?N(1??H000分法求基态能级近似值(准确到?2量级),和微扰论结果比较。 10-25 质量为m的粒子在汤川势阱中运动,U(r)??U0e?r/a/ra试估算形成束缚态所需临界U0值,(U0,a?0),

(1)用测不准关系估算,(2)用变分法估算,取试探波函数为?(?,r)?ce??r/2a 。

第十一章 量子跃迁

?t/?11-1电荷为e的谐振子,在时间t=0时处于基态,t>0时,处于???0e的电场中(?为常数),求谐振子处于

第一激发态的几率。

11-2 一粒子具有电荷为e,在宽度为a的无限深势阱中运动,原来处于基态,在光波照耀下激发跃迁。求其跃迁几率,和跃迁选择定则。

11-3 设在时刻t=0时,氢原子处于基态,以后受到单色光的照射而电离。设单色光的电场可以近似地表示为?0sin?t,?0与?均为常数,电离后电子的波函数近似地以平面波表示。求这单色光的最小频率和在时刻t跃

迁到电离态的几率。

11-4 求线性谐振子偶极跃迁的选择定则。

?0,11-5 基态氢原子处于平行板电场中,若电场是均匀的且随时间按指数下降,即????t/?,??e当t?0时当t?0时(??0),

求经过长时间后氢原子处在2p态的几率。

11-6 具有电荷q的离子,在其平衡位置附近作一维简谐运动,在光的照射下发生跃迁。设入射光能量密度(单位频率)为?(?),波长较长。若离子原来处于基态,求每秒钟跃迁到第一激发态的几率。 11-7 计算氢原子由第一激发态到基态的自发跃迁几率。

11-8 计算氢原子光谱中赖曼系的第一条谱线(2P→1S)的强度。

??B?11-9 有一自旋1/2 ,磁矩,电荷为零的粒子,置于磁场B中,0?(0,0,B0),开始时(t=0),粒子处于自旋

—17—

“向下”态,即?z???????1,t>0时,加上沿x方向的弱磁场B1?(B1,0,0),从而B?B0?B1?(B1,0,B0),求

粒子在t>0 时的自旋态以及测得自旋“向上”(???z?1)的几率。

?11-10 氢原子处于基态,受到脉冲电场?(t)??0?(t)的作用,?0为常矢量,试用微扰论求电子跃迁至各激发态的几率以及仍停留在基态的几率。

11-11 根据实验测定,氢原子的2S1/2能级高于2p1/2能级1058MHz (兰姆移动),试求电子在这两个能级间的自发跃迁平均寿命。

11-12 计算氢原子赖曼线系的头两条谱线Ly?(2p?1s)与Ly?(3p?1s)的强度比。

第十二章 散射理论

?r212-1 粒子受势能为U(r)?的场的散射。求S分波的微分散射截面。

当r?a当r?a?U0,12-2 慢速粒子受到势能为U(r)???0,的场的散射,若E?U0,U0?0,求散射截面。

12-3 只考虑S分波,求慢速粒子受到势能U(r)??/r4的场散射时的散射截面。 12-4 用玻恩近似法求粒子在势能U(r)?U0e??r22场中散射时的散射截面

22s?zes2r??,12-5用玻恩近似法求粒子在势能U(r)??rb?0,?当r?a当r?a场中散射的微分散射截面。式中b?aze 。

12-6用玻恩近似法求粒子在势能U(r)??U0e应用玻恩近似法。

?ra(a?0)场中散射时的微分散射截面,并讨论在什么条件下可以

212-7 设势场U(r)?U0/r ,用分波法求l分波的相移。

12-8 计及S波,P波及d波情况下,给出截面与散射角?的依赖关系的一般表示式。

12-9用玻恩近似法计算粒子对?势U(r)?U0?(r)的散射截面。截面有何特点?并与低能粒子的散射截面与库仑势的散射截面的特点比较。

12-10 考虑中子束对双原子分子H2 的散射。中子束沿z轴方向入射,两个氢原子核位于x??a处,中子与电子无相互作用,中子与氢原子核(即质子)之间的短程作用为U(r)??U0??(x?a)?(y)?(z)??(x?a)?(y)?(z)?,为简单起见,不考虑反冲。试用玻恩一级近似公式计算散射振幅及微分截面。

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??i?/2??cose???1?2??,12-11 设有两个电子,自旋态分别为x??(1)证明两个单电子处于自旋单态(S=0)?0??与???i?/2?sine?????2??1?1?及三重态(S=1)的几率分别为Wa?(1?cos2) Ws?(1?cos2) ,(2)设有两束这样的极化电子

22221散射,证明q(?)??(3?cos?)q3?(1?cos?)q1?,其中q3与q1分别表示两个电子处于三重态及单态下的散射

4截面。

12-12 质量为m的粒子束被球壳?势场散射,U(r)?U0?(r?a),在高能近似下,用玻恩近似计算散射振幅和微分截面。

12-13 设有某种球对称的电荷分布,电荷密度记为?(r),具有下列性质:r??,?(r)迅速趋于0;

??(r)d?

?0;??(r)r2d??A。今有一束质量m,电荷e ,动量p??k的粒子,沿Z轴方向入射,受到此

电荷分布所生静电场作用而发生散射,试用玻恩近似公式计算向前散射(??0)的微分截面。

—19—


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