Методические указания к решению задач по курсу физики (раздел "Квантовая физика"). Шунина В.А. - 21 стр.

UptoLike

Составители: 

21
координаты центра тяжести
r
r
r
R
rr
=
+
+
µ
µ
µµ
1122
12
и взаимного расстояния
r
r
r
rrr
=
21
. Показать , что если потенциальная энергия взаимодействия частиц
зависит от их взаимного расстояния
(
)
UUrr=−
r
r
21
, то гамильтониану можно
придать вид
()
(
)
$
()Hur
Rr
=−
+
+
+
h
h
2
12
2
12
12
22µµ
µµ
µµ
∆∆
где
R
и
r
операторы Лапласа по компонентам векторов
r
R
и
r
r
.
4. Найти расстояния, на которых вероятность нахождения электрона в атоме
водорода имеет максимум в 2p- и 3d-состояниях, если известны радиальные
функции в этих состояниях:
2p-состояние : RrAre
r
r
r
e
r
r
r
r
22
1
3
1
22
11
1
42
();==
−−
π
3d-состояние :
Rr
r
r
r
eAre
r
r
r
r
3
4
1
3
1
2
3
2
1
3
33
11
().=
=
−−
π
Ответ: rrrr
=
=
46
11
;.
5. Частица массы m находится в сферически симметричной потенциальной яме ,
где
u
r
=
0
при rr
<
0
и
u
=
при rr
=
0
, где r
0
радиус ямы. Найти :
a) возможные значения энергии и нормированные собственные функции
частицы в s-состояниях (l=0), где Ψ-функция зависит только от r. При
решении уравнения Шрёдингера воспользоваться подстановкой
Ψ
=
χ
;
b) наиболее вероятное значение r
вер
и вероятность W нахождения частицы в
области r<r
вер
в основном состоянии.
Ответ:
E
mr
nr
r
kr
r
r
r
W
nss
ве
==
==
π
π
22
0
2
2
0
0
2
1
2
2
1
2
h
,()
sin
,
,.
р
Ψ
6. Найти средние значения <r>, <r
2
> и среднего квадратического отклонения
<(r<r>)
2
> для частицы, находящейся на n-м s-уровне (l=0). Воспользоваться
решением предыдущей задачи.
Ответ: <>=<>=−
r
r
r
r
n
0
2
0
2
22
23
1
3
2
,,
π
<<>>=<>−<>=−
().rrrr
r
n
222
0
2
22
12
1
6
π
.
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
                                                                   21
                                                                r        r
                                                          r µ 1 r1 + µ 2 r2
              ко о р ди на ты це нтр а        тяж е сти   R=                         и   вза и мно г
                                                                                                   о   р а ссто яни я
                                                              µ1 + µ2
              r r r
              r = r2 − r1 . П о ка за ть, ч то е сли по те нци а льна я э не р ги я вза и мо де йстви я ч а сти ц
                                                                      r r
              за ви си т о т и х вза и мно г о р а ссто яни я U = U ( r2 − r1 ) , то гами льто ни а ну мо ж но
              пр и да ть ви д
                                        h2           h 2 ( µ1 + µ 2 )
                          H$ = −                ∆R −                  ∆ r + u( r )
                                   2( µ1 + µ2 )          2 µ1 µ 2
                                                                                        r r
              де ∆ R и ∆ r – о пе р а то р ы Л а пла са по ко мпо не нта м ве кто р о в R и r .
              г

           4. На йти р а ссто яни я, на ко то р ых ве р о ятно сть на хо ж де ни я э ле ктр о на в а то ме
              во до р о да и ме е т ма кси мум в 2p- и 3d-со сто яни ях, е сли и зве стны р а ди а льные
              ф ункци и в э ти х со сто яни ях:
                                                    − r       1    r − 2rr1
                  2p-со сто яни е : R2 ( r ) = A2 re 2r1 =           e      ;
                                                           4 2π r 1
                                                                 3 r
                                                                        1
                                                                    2
                                                      1      r  − 3rr1         − r
                  3d-со сто яни е : R3 ( r ) =                e        = A3 r e 3r1 .
                                                                               2
                                                          3 r 
                                                 34   π r1 1
              О тве т: r = 4r1 ; r = 6 r1 .

           5. Ч а сти ца ма ссы m на хо ди тся в сф е р и ч е ски си мме тр и ч но й по те нци а льно й яме ,
              де u( r ) = 0 пр и r < r0 и u = ∞ пр и r = r0 , где r0 – р а ди ус ямы. На йти :
              г
                 a) во змо ж ные зна ч е ни я э не р г      и и и но р ми р о ва нные со б стве нные ф ункци и
                     ч а сти цы в s-со сто яни ях (l=0), г       де Ψ-ф ункци я за ви си т то лько о т r. П р и
                     р е ш е ни и ур а вне ни я Ш р ёди нгер а во спо льзо ва ться по дста но вко й Ψ = χ r ;
                 b) на и б о ле е ве р о ятно е зна ч е ни е rвер и ве р о ятно сть W на хо ж де ни я ч а сти цы в
                     о б ла сти r,  и ср е дне г
                                                                  о ква др а ти ч е ско г
                                                                                        о о ткло не ни я
              <(r–)2> для ч а сти цы, на хо дящ е йся на n-м s-ур о вне (l=0). Во спо льзо ва ться
              р е ш е ни е м пр е дыдущ е й за да ч и .
                                  r             r2       3 
              О тве т: < r > = 0 , < r 2 > = 0  1 −             ,
                                  2              3     2π 2 n 2 
                                                          r02   6 
                       < ( r − < r > ) > = < r > − < r > =  1 − 2 2  ..
                                          2       2            2
                                                          12   π n 



PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com