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1、当H与t无关时,含时间的薛定谔方程的特解为:其中。方程被称为不含时间的薛定谔方程,或称为能量本征方程。,A.在上述方程中,E实际上是体系的能量。,B.一般而言,上述方程对任何E值都有非零解。但由于对波函数有一定要求(自然条件),以及一些特殊的边界要求(无穷大位势边界处 等)。这样能满足方程的解就只有某些E值。,C.根据态叠加原理是含时间的薛定谔方程的一个特解,也就是,是该体系的一个可能态。所以普遍的可能态一定可表为,(非定态),通常称(其中)为定态波函数。(2)定态:A.定态定义:具有确定能量的态,称为体系的定态,或者说,以波函数,1体系在初始时刻(t0)处于一定能量 本征态,则在以后任何时刻
2、,体系都处于这一本征态上,即。它随时间变化仅表现在因子 上。,3几率流密度矢不随时间变化。,4.任何不含 t 的力学量在定态的平均值不随时间变化.,5任何不显含 t 的力学量在定态中取值的几率不随时间变化。,B.定态的性质:,2体系的几率密度不随时间变化。,第三章 一维定态问题 现在从最简单的问题来应用所得的原理和方程:一维,不显含时间的位势且位势有一定性质时,如则三维问题可化为一维问题处理。所以一维问题是解决三维问题的基础。,3.1一般性质 设粒子具有质量m,沿x轴运动,位势为,于是有(1)定理1:一维运动的分立能级(束缚态),一般是不简并的。简并度(degeneracy):一个力学量的某个
3、测量值,可在 n 个独立的(线性无关的)波函数中测得,则称这一 测量值是具有n 重简并度。,如某能量本征值有 n 个独立的定态相对应,则称这能量本征值是 n 重简并的。证:假设,是具有同样能量的波函数(1)(2),从而得 于是(c是与 x 无关的常数)对于束缚态(或在有限区域有某值使),所以 c0。从而有,若 不是处处为零,则有注意:.分立能级是不简并的,而对于连续谱时,,若一端,那也不简并。但如两端都不趋于0(如自由粒子),则有简并。当变量在允许值范围内(包括端点),波函数无零点,就可能有简并存在。(因常数c0)。当 V(x)有奇异点,简并可能存在。因这时可能导致 处处为零。,推论:一维束缚
4、态的波函数必为实函数(可 保留一相因子)。证 令(都是实函数)则,但对束缚态,没有简并,所以只有一个解,因而 Rn 和 In 应是线性相关的,所以 因此,,(2)不同的分立能级的波函数是正交的。(1)(2),所以 从而证明得。(3)振荡定理:当分立能级按大小顺序排列,一般而言,第n+1条能级的波函数,在其取值范围内有n个节点(即有n个x点使,不包括边界点或远)。,1(x),2(x),3(x),4(x),(4)在无穷大位势处的边条件:首先讨论V(x)有有限大小的间断点,由方程即,由于 存在,即 存在,即 的导数存在,所以函数连续,也就是波函数导数连续。而在位势是无穷时又如何呢?设,令,所以,得解
5、,要求波函数有界,所以C0,要求波函数x=0处连续,且导数连续 当E给定,所以,,于是,当,方程有解 这表明,在无穷大的位势处,波函数为0,边界上要求波函数连续,但并不要求再计及导数的连续性。但,几率密度和几率流密度矢总是连续的。,3.2阶梯位势:-最简单的定态问题,(1)当 令,,由波函数有界,C0 在x0处,波函数连续,波函数导数连续,解得,对E没有限制,任何E都可取,即取连续值。因它不是束缚态(,并不趋于0),但它不简并(因,)。讨论:A.处,经典粒子不能去的地方,但仍有一定的几率发现量子粒子。B 区域,有沿x方向的平面波和沿x反方向的平面波,且振幅相同,构成一驻波。,这一驻波,在处为0
6、。,x,0,C.几率流密度矢:i.透射几率流密度矢()jT0(因 是实函数).在区域,有向右的几率流密度,即入射几率流密度矢=iii.在区域,也有左的几率流密度,即反射几率流密度矢=,所以,总几率流密度矢为 0。当,入射粒子完全被反射回来,没有几率流流入到区域 中。定义:1.反射系数,现 R=1;2.透射系数,现 T=0。(2)当,求粒子从左向右方入射的解。,令,,由初条件,粒子由左向右入射,由于在x=0处位势有间断点,所以,区域有入射波,也有反射波;但在 处,位势无间断点,所以,只有入射波,无反射波,因此,C0。由波函数及其导数连续,有,得,结果有 讨论:在 时,区域 有一沿x方向传播的平面
7、波,显然,,=。从而得 反射系数=透射系数=显然,上讲内容,定态,薛定谔方程的特解,不含时间的薛定谔方程,或称为能量本征方程。,态叠加原理,(非定态),定态的性质,最简单的定态问题一维定态问题,1:一维运动的分立能级(束缚态),一般是不简并的。,一维束缚态的波函数必为实函数(可保留一相因子)。,2:不同的分立能级的波函数是正交的。,波函数的自然条件:单值,有界、连续,波函数的导数连续吗?,当势场有有限大小的间断时,波函数的导数连续,无穷大位势不要求波函数导数连续。,3.3位垒穿透:(1)EV0:从左向右入射,所以在 区域有解eikx(入射波);e-ikx(反射波)区域有解eikx(透射波)。,
8、沿x方向的几率流密度为,所以只要求得,即可。对于 有方程,有解 其中 由,处,连续 得,得于是有,从而得代回得,于是有(2)当EV0 这时只要将,并由,得,隧穿效应,从而有,(3)结果讨论:A(EV0 或EV0),即几率流密度矢连续。,当Ka1时,,当EV0时,仍有一定几率流透射过去;,B.当EV0时,仍有一定几率流被反射,但当k1a=n时,T1,即完全透射过去。这种现象称为共振透射(仅在 EV0条件下发生),这时,被称为共振能级。,3.4方位阱穿透:这时只要将 即可。,其中,。当 时,则同样出现,即共振透射。这时,(n 取值应保证 En 大于零),3.5一维无限深方势阱。(1)能量本征值和本
9、征函数:,,有解其中 要求波函数在 处连续(当然,并不要求导数连续),于是有,要求A,B不同时为0,则必须系数行列式为0。即,.代入方程得.代入方程得 所以,,相应的本征能量为(2)结果讨论:,A.根据一定边条件,要求(处,波函数连续),薛定谔方程自然地给出能级的量子化。B.一个经典粒子处于无限深位阱中,可以安静地躺着不动。但对量子粒子而言,所以,即 不能精确为0。因此,无限深方位势的粒子最低能量不为0。,C.对基态:而 所以,无零点,即无节点,是偶函数。第一激发态:而,有一零点,即有一节点,是奇函数。第二激发态:而,有二个零点,即有二个节点,是偶函数。,3.6宇称,一维有限深方势阱(1)宇称:前面无限深位势的能量本征函数有两类形式:,