量子力学知识点岭南师范吴旭明(良心出品必属精品)
《量子力学》考试知识点
第一章：绪论―经典物理学的困难
考核知识点：
（一）、经典物理学困难的实例
（二）、微观粒子波－粒二象性
考核要求：
（一）、经典物理困难的实例
1.识记：紫外灾难、能量子、光电效应、康普顿效应。
2.领会：微观粒子的波－粒二象性、德布罗意波。
第二章：波函数和薛定谔方程
考核知识点：
（一）、波函数及波函数的统计解释
（二）、含时薛定谔方程
（三）、不含时薛定谔方程
考核要求：
（一）、波函数及波函数的统计解释
1.识记：波函数、波函数的自然条件、自由粒子平面波
2.领会：微观粒子状态的描述、Born几率解释、几率波、态叠
加原理
（二）、含时薛定谔方程
1.领会：薛定谔方程的建立、几率流密度，粒子数守恒定理
2.简明应用：量子力学的初值问题
（三）、不含时薛定谔方程
1. 领会：定态、定态性质
2. 简明应用：定态薛定谔方程
第三章：一维定态问题
一、考核知识点：
（一）、一维定态的一般性质
（二）、实例
二、考核要求：
1.领会：一维定态问题的一般性质、束缚态、波函数的连续性条件、反射系数、透射系数、完全透射、势垒贯穿、共振
2.简明应用：定态薛定谔方程的求解、无限深方势阱、线性谐
第四章量子力学中的力学量
一、考核知识点：
（一）、表示力学量算符的性质
（二）、厄密算符的本征值和本征函数
（三）、连续谱本征函数“归一化”
（四）、算符的共同本征函数
（五）、力学量的平均值随时间的变化
二、考核要求：
（一）、表示力学量算符的性质
1.识记：算符、力学量算符、对易关系
2.领会：算符的运算规则、算符的厄密共厄、厄密算符、厄密算符的性质、基本力学量算符的对易关系
（二）、厄密算符的本征值和本征函数
1.识记：本征方程、本征值、本征函数、正交归一完备性
2.领会：厄密算符的本征值和本征函数性质、坐标算符和动量算符的本征值问题、力学量可取值及测量几率、几率振幅。（三）、连续谱本征函数“归一化”
1.领会：连续谱的归一化、箱归一化、本征函数的封闭性关系（四）、力学量的平均值随时间的变化
1.识记：好量子数、能量－时间测不准关系
2.简明应用：力学量平均值随时间变化
第五章态和力学量的表象
一、考核知识点：
（一）、表象变换，幺正变换
（二）、平均值，本征方程和Schrodinger equation的矩阵形式（三）、量子态的不同描述
二、考核要求：
（一）、表象变换，幺正变换
1.领会：幺正变换及其性质
2.简明应用：表象变换
（二）、平均值，本征方程和Schrodinger equation的矩阵形式
1.简明应用：平均值、本征方程和Schrodinger equation的矩阵形式
2.综合应用：利用算符矩阵表示求本征值和本征函数（三）、量子态的不同描述
第六章：微扰理论
一、考核知识点:
（一）、定态微扰论
（二）、变分法
（三）、量子跃迁
二、考核要求:
（一）、定态微扰论
1.识记：微扰
2.领会：微扰论的思想
3.简明应用：简并态能级的一级，二级修正及零级近似波函数
4.综合应用：非简并定态能级的一级，二级修正、波函数的一级修正。
（二）、变分法
1.领会：变分原理
2.简明应用：用Ritz变分法求体系基态能级及近似波函数（三）、量子跃迁
1.识记：跃迁、跃迁几率、自发辐射、受激辐射、费米黄金规
则
2.领会：跃迁理论与不含时微扰的关系
3.简明应用：简单微扰体系跃迁几率的计算、常微扰、周期微扰
第七章自旋与全同粒子
一、考核知识点：
（一）、电子自旋
（二）、总角动量
（三）、碱金属的双线结构
（四）、自旋单态和三重态
（五）、全同粒子交换不变性
二、考核要求：
（一）、电子自旋
1.识记：自旋存在的实验事实、二分量波函数
2.领会：电子自旋的内禀磁矩、对易关系、泡利表象、矩阵表示（泡利矩阵）、自旋态的表示
3.简明应用：考虑自旋后，状态和力学量的描述、考虑自旋后，电子在中心势场中的薛定谔方程
（二）、总角动量
1.识记：自旋－轨道耦合
2.领会：总角动量、力学量完全集22
H l j j的共同本征值问
(,,,)
z
题
（三）、碱金属的双线结构
1.领会：碱金属原子光谱的双线结构及反常塞曼效应的现象及形成原因
（四）、自旋单态和三重态
1.领会：自旋单态和三重态
2.简明应用：在)S ,S (z 2z 1和)S ?,S
?(z
2
表象中两自旋为21的粒子的自旋波函数
（五）、全同粒子交换不变性
1.领会：全同粒子体系与波函数的交换对称性、费米子和玻色子体系的描述、泡利不相容原理
2.简明应用：两全同粒子体系、全同粒子体系波函数的结构 1、
波函数与薛定谔方程
理解波函数的统计解释，态迭加原理，薛定鄂方程，粒子流密度和粒子数守恒定律
定态薛定谔方程。掌握一维无限深势阱，线性谐振子。 2、
力学量的算符表示
理解算符与力学量的关系。掌握动量算符和角动量算符，厄米算符本征函数的正交性，算符的对易关系， 两力学量同时有确定值的条件 测不准关系，力学量平均值随时间的变化 守恒定律。
氢原子 3、 态和力学量的表象
理解态的表象，掌握算符的矩阵表示，量子力学公式的矩阵
表述
么正变换，了解狄喇克符号，线性谐振子与占有数表象。 4、
定态近似方法
掌握非简并定态微扰理论，简并情况下的微扰理论，理解薛定鄂方程的变分原理及变分法。 5、
含时微扰论
掌握与时间有关的微扰理论，跃迁几率，光的发散和吸收及
选择定则。
6、自旋与角动量
理解电子自旋，掌握电子的自旋算符和自旋函数。
7、全同粒子体系
理解两个角动量的耦合，光谱的精细结构和全同粒子的特性。掌握全同粒子体系的波函数，泡利原理，两个电子的自旋函数。了解氦原子（微扰法）。
周世勋，《量子力学教程》，高等教育出版社，1979年第 1 版曾谨言，《量子力学教程》，科学出版社，2003年版
参考书目：《量子力学导论》，北京大学出版社，曾谨言我认为考试前要清楚报考单位对《量子力学》这门课的基本要求以及主要考查内容是什么，应当按照其要求出发，有目的性、针对性的进行的复习。中科院《量子力学》考试的重点是要求熟练把握波函数的物理解释，薛定谔方程的建立、基本性质和精确的以及一些重要的近似求解方法，理解这些解的物理意义，熟悉其实际的应用。把握量子力学中一些非凡的现象和问题的处理方法，包括力学量的算符表示、对易关系、不确定度关系、态和力学量的表象、电子的自旋、粒子的全同性、泡利原理、量子跃迁及光的发射与吸收的半经典处理方法等，并具有综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力。再者，中科院对量子力学这门课考查主要包括以下9大内容：①波函数和薛定谔方程②一维势场中的粒子③力学量用算
符表示④中心力场⑤量子力学的⑥自旋⑦定态问题的近似方法⑧量子跃迁⑨多体问题，复习过程中应当主要对这些内容下功夫。
第一阶段：首先按照中科院硕士研究生入学考试《量子力学》考试大纲中的要求将参考书目看了一遍。中科院《量子力学考试大纲》中指定的参考书目是《量子力学教程》，这本书是由曾谨言编著的。此阶段看书以理解为主，不必纠缠于细节，将不懂的知识点做上记号。
第二阶段：我对大纲中要求了解的内容，熟练把握的内容以及理解的内容进行了分类，并且按相关要求对将这门课进行了第二轮复习。另外我认为在这一遍复习中一定要把历年试题弄到手并且仔细分析，因为真题体现了命题单位的出题特点以及出题趋势等。另外，我认为真题要比大纲更有用，因为从大纲中看不出的有价值的东西可以从真题中得到。当然，需要注重的是，单纯把握真题也是不理智的做法，假如一个考生仅仅把握了历年真题的内容，那么考试后他会得出这样一个结论：今年的题真偏。其实，不是题偏，而是他没有把参考书上的东西完全把握好。所以在这个阶段中我仍然以看指定的参考书为主，着重解决了在第一遍复习中留下的疑问和
在做真题中自己不会的题目。对了，此轮复习一定要做一份笔记，将主要内容归纳出一份比较简洁的提纲，以便于下轮复习。
第三阶段：将专业课过第三遍，这一轮注重结合上一轮的笔记和提纲有重点的，系统的理解和记忆，由于专业课要求答的深入，所以可以找一些专业方面的期刊杂志来看下，扩大下自己的视野范围。这一阶段大家也可以找些习题集来做下，不断巩固自己把握了的知识点。
第四阶段：这一轮要将参考书快速翻几遍，以便对整个知识体系有全面的把握并且牢记于心，同时要进行查缺补漏，不要放过一个疑点，要注重的是此时不能执着于细小的知识点，要懂得抓大放小，把握最重要的知识点。另外可以根据对历年试题的分析以及对本年度的专业考试做出一些猜测，并对考试的时间安排及如何进行考中心理调节做下演练。 （中科大2003） 一、试证明：
（1）投影算符||n n P ><=是厄密算符；它在任意态>ψ|中的平
均值是正定的，即0||>≥<ψψP 。
（2）设>ψ|是归一化波函数，对于线性厄密算符A 以下等式成
立
>??<+>=<> A i H A dt A d i ],[。 证明：（1）因为 P n n n n P =><=><=++|||)(| 所以 P 是厄密算符 或***||||||||>=<><>>=<><>=<<ψ?ψ??ψ?ψP n n n n P 0|||||||2≥><>=><>=<<ψψψψψn n n P （2）因为 >>=<<ψψA A , 则 ψψψψψψt A t A A t dt A d ??+??+??= ,,, 再由S-eq 得 t A i H A dt A d i ??+= ],[ 或 因为?=dx A A ψψ* 所以 ??????????+-=??++-=??+??+??=dx t A dx HA AH i dx t A dx AH i dx HA i dx t A dx t A dx A t dt A d ψψψψψψψψψψψψψψψψ********)(111 即 t A i H A dt A d i ??+= ],[ 二、对于一维谐振子，求消灭算符a 的本征态>α|，将其表示成各 能 量本征态>n |的线性叠加。已知>->=1|.|n n n a 。 解： 设 ∑∞ =>>=0 ||n n n C α 由于 >>=ααα||a 且利用 >->=1|.|n n n a 得 ∑∑∞ =∞ =>-=>>=0 1|||n n n n n n C n a C a α∑∞ =>=0 |n n n C α 以 |1-' 1-= n n C n C α 依次递推得 0! C n C n n α= 由归一化条件 ∑∑ ==>= n n n n C C 1! |22 2 α αα 因为 2 ! 2α α e n n n =∑ δαi e e C ?=-2 2 10 δ为实数，可取为0=δ 所以 ∑ ∞ =->>=0 2 1|! |2 n n n n e ααα 三、给定),(?θ方向的单位矢量)cos ,sin sin ,cos (sin θ?θ?θ=n ，在z σ表 象中求n n ?=σσ的本征值和归一化本征矢。 解： 因为θσ?θσ?θσσcos sin sin cos sin z y x n ++= 所以 ??? ? ? ?-=-θθθθσ? ?cos sin sin cos i i n e e n σ n σ的本征值为1± 由本征方程 ???? ??--θθθθ ? ?cos sin sin cos i i e e ??? ? ??=???? ??b a b a λ 求得 对于1+=λ ?????? ??=?θθ?i e 2sin 2cos 1 或???? ? ? ??=-2/2/12sin 2cos ??θθ?i i e e 对于1-=λ ?????? ??-=-?θθ?i e 2cos 2sin 1 或????? ? ??-=--2/2/12cos 2sin ??θθ?i i e e 四、设一定域电子（作为近似模型，不考虑轨道运动），处于沿x 方 向的均匀磁场B 中，哈密顿量为x L x c B e H σωσμ == 2 c eB L μω2= 拉莫尔（Larmor ）频率 设0=t 时，电子自旋“向上”（2/ =z S ）。 求0>t 时（1）电子自旋态)(t χ； （2）电子自旋S 的平均值。 解：（1） 方法一 令 ???? ??=)()()(t b t a t χ 初始条件 ??? ? ??=???? ??=01)0()0()0(b a χ 由薛定谔方程 ??? ? ??=???? ??b a b a dt d i L ω 得 a i b b i a L L ωω-=-= )(b a i b a L +-=+ω )(b a i b a L -=-ω 积分得 t i t i L L e e b a t b t a ωω--=+=+)]0()0([)()( t i t i L L e e b a t b t a ωω=-=-)]0()0([)()( 由此可得 t i t b t t a L L ωωsin )(cos )(-== ? ?? ? ??-=t i t t L L ωωχsin cos )( 方法二 体系能量本征态即x σ的本征态，本征值和本征态分别为 ???? ??= ==+=++11211?ωσL x E E ??? ? ??-= -==-=-+11211?ωσL x E E 电子自旋初态 )(2 1 01)0(-++=??? ? ??=??χ T 时刻电子自旋态为 ??? ? ??-=+= -+-t i t e e t L L t i t i L L ωω??χωωsin cos )(21)( （2）电子自旋各分量的平均值 ()0sin cos 0110sin cos 2)()(=??? ? ??-???? ??==+ t i t t i t t S t S L L L L x x ωωωωχχ ()t t i t i i t i t t S t S L L L L L y y ωωωωωχχ2sin 2sin cos 00sin cos 2)()( -=??? ? ??-???? ??-= =+ ()t t i t t i t t S t S L L L L L z z ωωωωωχχ2cos 2sin cos 1001sin cos 2)()( =??? ? ??-???? ??-==+ 五、已知系统的哈密顿量为 ??? ? ? ? ?+=λεεεε ε 20 020 02H ελ<< 求能量至二级近似，波函数至一级近似。 解： （1） H H H '+=0 ??? ? ? ??=εεεεε 20 020 020H ???? ? ??='λ00000000H 可见所设表象为非0H 表象，为将0H 对角化，先由0H 的本征方程求其本征值和本征矢。 求得结果为： 本征值 ε=)0(1E ε2)0(2=E ε3)0(3=E 相应本征矢 ????? ??->=10121 1| ???? ? ??>=0102| ???? ? ??>=101213| （2）利用??? ?? ??-=101020 10 121S 转到0h 表象（将0H 对角化） ==+S H S h 00??? ? ? ? ?εε ε30002000 ='='+ S H S h ?????? ? ? ?--20 2000 202λλλλ 在0h 表象中 nn n h E '=) 1( ∑≠-'=n m m n nm n E E h E ) 0() 0(2) 2(|| = )1(n ψ∑≠-'n m m m n nm E E h ) 0() 0()0(ψ 则 2/)1(1λ=E 0)1(2=E 2/)1(3λ=E ελ82) 2(1 -=E 0) 2(2=E ε λ82)2(3=E )0(3)1(14ψελψ= 0)1(2=ψ )0(1) 1(34ψε λψ-= 量子力学测试题（2） 1、一质量为m 的粒子沿x 正方向以能量E 向x=0处势垒运动。当0≤x 时，势能为零；当0>x 时，势能为E V 4 3 0=。问在x=0处粒子被反射的几率多大？ 解：S-eq 为 ???≥=+''≤=+''0 00 22 22 1211x k x k ψψψψ 其中221/2 mE k = 4//)(221202 2k V E m k =-= 由题意知 0≤x 区域 既有入射波，又有反射波；0≥x 区域仅有透射波 故方程的解为 x ik x ik re e 1 1 1-+=ψ 0≤x x ik te 2 2=ψ 0≥x 在x=0处，ψ及ψ'都连续，得到 t r =+1 t k r k 2 )1(1 1=- 由此解得9 12 ==r R 注意 透射率2 t T ≠ 因为12k k ≠ 将 x ik e 1 ，x ik re 1 -，x ik te 2 分别代入几率流密度公式 ?? ? ????-??- =**2ψψψψ x x m i j 得 入射粒子流密度 m k j 1 0 = 反射粒子流密度 2 1r m k j R -= 透射粒子流密度 2 2t m k j T = 由此得 反射率 9 12 0===r j j R R 透射率 9 8 2120=== t k k j j T T 1=+T R 2、计算 （1）?],[2=r L （2）设),(p x F 是p x ,的整函数，则?],[=F p 解：（1）0],[],[],[],[2=+=+==βγαβγγβαβγββαβαβββααεεx x i x x i x x L x L x x x L r L 因为将第二项哑标作更换γβ? γβαβγγβαγββγαβγεεεx x i x x i x x i -== 所以 0],[2 =r L （2）先由归纳法证明 n n n x x i nx i x p ??-=-=- 1],[（·）式 1=n 上式显然成立；设k n =时上式成立，即 1],[--=k k kx i x p 则 k k k k k k x k i x i kx i x p x x x p x p )1(],[],[],[1+-=--=+=+ 显然，1+=k n 时上式也成立，（·）式得证。 因为 ∑==0 ,),(n m n m mn p x C p x F 则 F x i p mx C i p x p C p x p C F p n m n m n m n m mn n m mn n m mn ??-=-===∑∑∑- ,,,1],[],[],[ 3、试在氢原子的能量本征态nlm ψ下，计算1-r 和2-r 的平均值。 解：处于束缚态nlm ψ下的氢原子的能量 2 2224 122n a e n e E n -=-= μ 22 e a μ = 1++=l n n r （1）计算><-1r 方法1 相应的维里定理为 nlm nlm V T ><-=><2 1 nlm n V E ><= 2 1 所以 2 211 2an e E r n = - >=<- 方法2 选Z 为参量 相应的F-H 定理 nlm n e H e E >??= 2 r e H 2 222- ?-=μ nlm r an ><-=- 112 2 1 1an r >=<- （2）计算><-2r 等效的一维哈密顿量 2 2 2 2222)1(2r l l r e dr d H μμ ++--= 取l 为参量 相应的F-H 定理 nlm l n l H l E >??= ><+=-22322)12(r l an e μ 3 22)2/1(1 n a l r +>=<- 4、有一个二能级体系，哈密顿量为H H H '+=0， 0H 和微扰算符H '的矩阵表示为 ???? ? ?=21 00 0E E H ??? ? ??='0110λH 其中λ表征微扰强度，21E E ≤。用微扰法求H 的本征值和本征态。 解：由于是对角化的，可见选用表象为0H 表象 对于21E E <，由非简并微扰论计算公式 ??? ????+-''+=+-''+'+=∑∑ )0() 0()0()0() 0()0(2) 0(||m m n mn m n n m n nm m nn n n E E H E E H H E E ψψψ 得 0)1(1=E 2 12 )0(2 )0(1 212)2(1 E E E E H E -= -'= λ ??? ? ??-=-'=1021) 0(2) 0(2 )0(121)1(1 E E E E H λψψ 0) 1(2 =E 1 22 ) 0(1)0(22 12 )2(2 E E E E H E -= -'= λ ??? ? ??-=-'=0112) 0(1)0(1)0(212) 1(2 E E E E H λψψ 所以 ，二级近似能量和一级近似态矢为 212 1E E E -+λ，???? ??-+???? ??10012 1E E λ；1 22 2E E E -+λ，??? ? ??-+???? ??011021E E λ 。 对于21E E =，由简并微扰论计算得一级近似能量和零级近似态矢为 λ+1E ， ???? ??1121；λ-1E ，??? ? ??-1121。 5、自旋投影算符n S n ?=σ2 ，σ 为泡利矩阵，n 为单位矢量（θ?θ?θcos ,sin sin ,cos sin ）。 1光电效应：光照射到金属上，有电子从金属上逸出的现象。这种电子称之为光电子。 2光电效应有两个突出的特点：①存在临界频率ν0 ：只有当光的频率大于一定值v 0 时，才有光电子发射出来。若光频率小于该值时，则不论光强度多大，照射时间多长，都没有光电子产生。②光电子的能量只与光的频率有关，与光的强度无关。光的强度只决定光电子数目的多少。 3爱因斯坦光量子假说：光(电磁辐射)不仅在发射和吸收时以能量E= h ν的微粒形式出现，而且以这种形式在空间以光速 C 传播，这种粒子叫做光量子，或光子 4康普顿效应：高频率的X 射线被轻元素如白蜡、石墨中的电子散射后出现的效应。 ⒕康普顿效应的实验规律：射光中，除了原来X 光的波长λ外，增加了一个新的波长为λ'的X 光，且λ' >λ；波长增量Δλ=λ-λ随散射角增大而增大 5戴维逊-革末实验证明了德布罗意波的存在 6波函数的物理意义：某时刻t 在空间某一点(x,y,z)波函数模的平方与该时刻t 该地点(x,y,z)附近单位体积内发现粒子的几率密度(通常称为几率)dw(x,y,z,t)成正比。按照这种解释，描写粒子的波是几率波 7波函数的归一化条件 1),,,( 2 ?∞=ψτd t z y x 8定态：微观体系处于具有确定的能量值的状态称为定态。定 态波函数：描述定态的波函数称为定态波函定态的性质：⑴由定态波函数给出的几率密度不随时间改变。⑵粒子几率流密度不随时间改变。⑶任何不显含时间变量的力学量的平均值不随时间改变 9算符: 作用在一个函数上得出另一个函数的运算符号，量子力学中的算符是作用在波函数上的运算符号。 10厄密算符的定义：如果算符 F ?满足下列等式() ? ?dx F dx F φψφψ**??=，则称F ?为厄密算符。式中ψ和φ为任意波函数，x 代表所有的变量，积分范围是所有变量变化的整个区域。 推论：量子力学中表示力学量的算符都是厄密算符。 11厄密算符的性质：厄密算符的本征值必是实数。厄密算符的属于不同本征值的两个本征函数相互正交。 12简并：对应于一个本征值有一个以上本征函数的情况。简并度：对应于同一个本征值的本征函数的数目。 13量子力学中力学量运动守恒定律形式是： 01=??????+??=H F i t F dt F d ?,?η 量子力学中的能量守恒定律形式是01=??????=H H i dt H d ?,??η 14 15斯特恩-革拉赫实验证明电子存在自旋理由 16黑体辐射揭示了经典物理学的局限性。 17玻尔的量子化条件：在量子理论中，角动量必须是h 的整数 的近似求解方法。 求出，由求出微扰论：由n n n n E E ψψ)0()0( 量子力学期末复习完美总结 一、 填空题 1．玻尔-索末菲的量子化条件为： pdq nh =?，（n=1,2,3,....)， 2．德布罗意关系为：h E h p k γωλ == = =； 。 3．用来解释光电效应的爱因斯坦公式为： 21 2 mV h A υ=-， 4．波函数的统计解释：()2 r t ψ ，代表t 时刻，粒子在 空间r 处单位体积中出现的概率，又称为概率密度。这 是量子力学的基本原理之一。波函数在某一时刻在空间的强度，即其振幅绝对值的平方与在这一点找到粒子的几率成正比，和粒子联系的波是概率波。 5．波函数的标准条件为：连续性，有限性，单值性 。 6． ， 为单位矩阵，则算符 的本征值为： 1± 。 7．力学量算符应满足的两个性质是 实数性和正交完备性 。 8．厄密算符的本征函数具有： 正交性，它们可以组成正交归一性。即 ()m n mn d d λλφφτδφφτδλλ**''==-??或 。 9．设 为归一化的动量表象下的波函数，则 的物理意义为：表示在()r t ψ，所描写 的态中测量粒子动量所得结果在p p dp →+范围内的几率。 10. i ； ?x i L ； 0。 11．如两力学量算符 有共同本征函数完全系，则 _0__。 12．坐标和动量的测不准关系是： () () 2 2 2 4 x x p ??≥ 。 自由粒子体系，_动量_守恒；中心力场中运动的粒子__角动量__守恒 13．量子力学中的守恒量A 是指:?A 不显含时间而且与?H 对易，守恒量在一切状态中的平均值和概率分布都不随时间改变。 14．隧道效应是指：量子力学中粒子在能量E 小于势垒高度时仍能贯穿势垒的现象称为隧道效应。 15． 为氢原子的波函数， 的取值范围分别为：n=1,2,3,… ；l=0,1,…,n -1；m=-l,-l+1,…,0,1,…l 。 16．对氢原子，不考虑电子的自旋，能级的简并为: 2 n ，考虑自旋但不考虑自旋与轨道角动量的 耦合时，能级的简并度为 22n ，如再考虑自旋与轨道角动量的耦合，能级的简并度为 12+j 。 17．设体系的状态波函数为 ，如在该状态下测量 力学量 有确定的值 ，则力学量算符 与态矢量 的关系为：?F ψλψ =。 18．力学量算符 在态 下的平均值可写 为 的条件为：力学量算符的本征 值组成分立谱，并且()r ψ是归一化波函数。 19．希尔伯特空间：量子力学中Q 的本质函数有无限多 个，所以态矢量所在的空间是无限维的函数空间。 20．设粒子处于态 ， 为 归一化波函数， 为球谐函数，则系数c 的取值为： 1 6 ， 的可能值为： 13 ， 本征值为 出现 的几率为： 1 2 。 量子力学基础知识总结 一．微观粒子的运动特征 1.黑体辐射和能量量子化 黑体：一种能全部吸收照射到它上面的各种波长辐射的物体 普朗克提出能量量子化假设：定温下黑体辐射能量只与辐射频率有关，频率为ν的能量，其数值是不连续的，只能是hν的整数倍，称为能量量子化。 2.光电效应与光子学说 爱因斯坦将能量量子化概念用于电磁辐射，并用以解释光电效应。其提出了光子学说，圆满解释了光电效应。 光子学说内容： ①光是一束光子流，每一种频率的的光的能量都有一个最小单位，称为光子 光子能量ε＝hν/c ②光子质量m＝hν/c2 ③光子动量p=mc=hν/c= h/λ ④光的强度取决于单位体积内光子的数目，即光子密度。光电效应： hν＝ W+E K ＝hν +2 1 mv2,W为脱出功,E k 为光电子的动能。 3.实物微粒的波粒二象性 德布罗意提出实物微粒也具有波性：E＝hν p＝h/λ 德布罗意波长：λ=h/p=h/(mv) 4. 测不准原理：?x?x p≥h?y?p y ≥h?z?p y ≥h?tE≥h 二、量子力学基本假设 1. 假设1：对于一个量子力学体系，可以用坐标和时间变量的函数ψ(x,y,z,t)来描述，它包括体系的全部信息。这一函数称为波函数或态函数，简称态。 不含时间的波函数ψ(x,y,z)称为定态波函数。在本课程中主要讨论定态波函数。 由于空间某点波的强度与波函数绝对值的平方成正比，即在该点附近找到粒子的几率正比于ψ*ψ，所以通常将用波函数ψ描述的波称为几率波。在原子、分子等体系中，将ψ称为原子轨道或分子轨道；将ψ*ψ称为几率密度，它就是通常所说的电子云；ψ*ψdτ为空间某点附近体积元dτ中电子出现的几率。 对于波函数有不同的解释，现在被普遍接受的是玻恩（M. Born）统计解释，这一解释的基本思想是：粒子的波动性（即德布罗意波）表现在粒子在空间出现几率的分布的波动，这种波也称作“几率波”。 波函数ψ可以是复函数， 合格（品优）波函数：单值、连续、平方可积。 2. 假设2：对一个微观体系的每一个可观测的物理量，都对应着一个线性自厄算符。 算符：作用对象是函数，作用后函数变为新的函数。 大学量子力学主要知识点复习资料，填空及问答部分 1能量量子化 辐射黑体中分子和原子的振动可视为线性谐振子，这些线性谐振子可以发射和吸收辐射能。这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态下，谐振子的能量不能取任意值，只能是某一最小能量ε 的整数倍εεεεεn ,,4,3,2,??? 对频率为ν 的谐振子, 最小能量ε为: νh =ε 2.波粒二象性 波粒二象性（wave-particle duality ）是指某物质同时具备波的特质及粒子的特质。波粒二象性是量子力学中的一个重要概念。在经典力学中，研究对象总是被明确区分为两类：波和粒子。前者的典型例子是光，后者则组成了我们常说的“物质”。1905年，爱因斯坦提出了光电效应的光量子解释，人们开始意识到光波同时具有波和粒子的双重性质。1924年，德布罗意提出“物质波”假说，认为和光一样，一切物质都具有波粒二象性。根据这一假说，电子也会具有干涉和衍射等波动现象，这被后来的电子衍射试验所证实。 德布罗意公式h νmc E ==2 λ h m p = =v 3.波函数及其物理意义 在量子力学中，引入一个物理量：波函数 ，来描述粒子所具有的波粒二象性。波函数满足薛定格波动方程 0),()](2[),(2 2=-?+??t r r V m t r t i ψψ 粒子的波动性可以用波函数来表示，其中，振幅 表示波动在空间一点(x ,y,z )上的强弱。所以， 应 该表示 粒子出现在点(x,y,z )附件的概率大小的一个量。从这个意义出发，可将粒子的波函数称为概率波。 自由粒子的波函数)](exp[Et r p i A k -?=ψ=ψ 波函数的性质：可积性，归一化，单值性，连续性 4. 波函数的归一化及其物理意义 常数因子不确定性设C 是一个常数，则 和 对粒子在点(x,y,z ) 附件出现概率的描述是相同的。 相位不定性如果常数 ，则 和 对粒子在点(x,y,z )附 件出现概率的描述是相同的。 表示粒子出现在点(x,y,z )附近的概率。 表示点(x,y,z )处的体积元 中找到粒子的概率。这就是波函数的统计诠释。自然要求该粒子在空间各点概率之总和为1 必然有以下归一化条件 5. 力学量的平均值 2|(,,)|x y z ψ2 |(,,)|x y z x y z ψ???x y z τ?=?? ?2 |(,,)|1 x y z dxdydz ψ∞=? (,,)x y z ψ(,,)c x y z ψαi e C =(,,)i e x y z αψ(,,)x y z ψ 一、填空题 1．玻尔的量子化条件为。 2．德布罗意关系为。 3．用来解释光电效应的爱因斯坦公式为。 4．波函数的统计解释：_____________________________________ __________________________________________________________ 5．为归一化波函数，粒子在方向、立体角内出现的几率 为，在半径为，厚度为的球壳内粒子出现的几率 为。 6．波函数的标准条件为。 7．，为单位矩阵，则算符的本征值为__________。 8．自由粒子体系，__________守恒；中心力场中运动的粒子 ___________守恒。 9．力学量算符应满足的两个性质是。 10．厄密算符的本征函数具有。 11．设为归一化的动量表象下的波函数，则的物理意义为_______________________________________________。 12.______;_______;_________。 28．如两力学量算符有共同本征函数完全系，则___。 13．坐标和动量的测不准关系是____________________________。 14．在定态条件下，守恒的力学量是_______________________。 15．隧道效应是指__________________________________________。 16．量子力学中，原子的轨道半径实际是指____________________。 17．为氢原子的波函数，的取值范围分别 为。 18．对氢原子，不考虑电子的自旋，能级的简并度为，考虑自旋但不考虑自旋与轨道角动量的耦合时，能级的简并度为，如再考虑自旋与轨道角动量的耦合，能级的简并度为。 19．设体系的状态波函数为，如在该状态下测量力学量有确定的值，则力学量算符 与态矢量的关系为__________。 20．力学量算符在态下的平均值可写为的条件为____________________________。 21．量子力学中的态是希尔伯特空间的____________；算符是希尔伯特空间的____________。 21．设粒子处于态，为归一化波函数，为球谐函数，则系 数c的取值为，的可能值为 ，本征值为出现的几率为。 22．原子跃迁的选择定则为。 23．自旋角动量与自旋磁矩的关系为。 24．为泡利算符，则，， 。 25．为自旋算符，则，， 。 26．乌伦贝克和哥德斯密脱关于自旋的两个基本假设是 ________________________， _______________________________。 27．轨道磁矩与轨道角动量的关系是______________;自旋磁矩与自旋角动量的关系是 ______________。 27．费米子所组成的全同粒子体系的波函数具有______________, 玻色子所组成的全同粒子体系的波函数具有_________。 1. 你认为Bohr 的量子理论有哪些成功之处？有哪些不成功的地方？试举一例说明。 (简述波尔的原子理论，为什么说玻尔的原子理论是半经典半量子的？) 答：Bohr 理论中核心的思想有两条：一是原子具有能量不连续的定态的概念；二是两个定态之间的量子跃迁的概念及频率条件。首先，Bohr 的量子理论虽然能成功的说明氢原子光谱的规律性，但对于复杂原子光谱，甚至对于氦原子光谱，Bohr 理论就遇到了极大的困难（这里有些困难是人们尚未认识到电子的自旋问题），对于光谱学中的谱线的相对强度这个问题，在Bohr 理论中虽然借助于对应原理得到了一些有价值的结果，但不能提供系统解决它的办法；其次，Bohr 理论只能处理简单的周期运动，而不能处理非束缚态问题，例如：散射；再其次，从理论体系上来看，Bohr 理论提出的原子能量不连续概念和角动量量子化条件等，与经典力学不相容的，多少带有人为的性质，并未从根本上解决不连续性的本质。 2. 什么是光电效应？光电效应有什么规律？爱因斯坦是如何解释光电效应的？ 答：当一定频率的光照射到金属上时，有大量电子从金属表面逸出的现象称为光电效应；光电效应的规律：a.对于一定的金属材料做成的电极，有一个确定的临界频率0υ，当照射光频率0υυ<时，无论光的强度有多大，不会观测到光电子从电极上逸出；b.每个光电子的能量只与照射光的频率有关，而与光强无关；c.当入射光频率0υυ>时，不管光多微弱，只要光一照，几乎立刻910s -≈观测到光电子。爱因斯坦认为：(1)电磁波能量被集中在光子身上，而不是象波那样散布在空间中，所以电子可以集中地、一次性地吸收光子能量，所以对应弛豫时间应很短，是瞬间完 成的。(2)所有同频率光子具有相同能量，光强则对应于光子的数目，光强越大，光子数目越多，所以遏止电压与光强无关，饱和电流与光强成正比。(3)光子能量与其频率成正比，频率越高，对应光子能量越大，所以光电效应也容易发生，光子能量小于逸出功时，则无法激发光电子。 3．简述量子力学中的态叠加原理，它反映了什么？ 答：对于一般情况，如果1ψ和2ψ是体系的可能状态，那么它们的线性叠加：1122c c ψψψ=+（12c c ，是复数）也是这个体系的一个可能状态。这就是量子力学中的态叠加原理。态叠加原理的含义表示当粒子处于态1ψ和2ψ的线性叠加态ψ时，粒子是既处于态1ψ，又处于态2ψ。它反映了微观粒子的波粒二象性矛盾的统一。量子力学中这种态的叠加导致在叠加态下观测结果的不确定性。 4. 什么是定态？定态有什么性质？ 答：体系处于某个波函数()()[]exp r t r iEt ψψ=-，所描写的状态时，能量具有确定值。这种状态称为定态。定态的性质：（1）粒子在空间中的概率密度及概率流密度不随时间变化；（2）任何力学量（不显含时间）的平均值不随时间变化；（3）任何力学量（不显含时间）取各种可能测量值的概率分布也不随时间变化。 5. 简述力学量与力学量算符的关系？ 答：算符是指作用在一个波函数上得出另一个函数的运算符号。量子力学中采用算符来表示微观粒子的力学量。如果量子力学中的力学量F 在经典力学中有相应的力学量，则表示这个力学量的算符?F 由经典表示式F （r,p ）中将p 换为算符?p 而得出的，即： 高中物理选修3-5知识点梳理 一、动量 动量守恒定律 1、动量：可以从两个侧面对动量进行定义或解释：①物体的质量跟其速度的乘积，叫做物体的动量。②动量是物体机械运动的一种量度。 动量的表达式P = mv 。单位是s m kg .动量是矢量，其方向就是瞬时速度的方向。因为速度是相对的，所以动量也是相对的。 2、动量守恒定律：当系统不受外力作用或所受合外力为零，则系统的总动量守恒。动量守恒定律根据实际情况有多种表达式，一般常用等号左右分别表示系统作用前后的总动量。 运用动量守恒定律要注意以下几个问题： ①动量守恒定律一般是针对物体系的，对单个物体谈动量守恒没有意义。 ②对于某些特定的问题, 例如碰撞、爆炸等，系统在一个非常短的时间内，系统内部各物体相互作用力，远比它们所受到外界作用力大，就可以把这些物体看作一个所受合外力为零的系统处理, 在这一短暂时间内遵循动量守恒定律。 ③计算动量时要涉及速度，这时一个物体系内各物体的速度必须是相对于同一惯性参照系的，一般取地面为参照物。 ④动量是矢量，因此“系统总动量”是指系统中所有物体动量的矢量和，而不是代数和。 ⑤动量守恒定律也可以应用于分动量守恒的情况。有时虽然系统所受合外力不等于零，但只要在某一方面上的合外力分量为零，那么在这个方向上系统总动量的分量是守恒的。 ⑥动量守恒定律有广泛的应用范围。只要系统不受外力或所受的合外力为零，那么系统内部各物体的相互作用，不论是万有引力、弹力、摩擦力，还是电力、磁力，动量守恒定律都适用。系统内部各物体相互作用时，不论具有相同或相反的运动方向；在相互作用时不论是否直接接触；在相互作用后不论是粘在一起，还是分裂成碎块，动量守恒定律也都适用。 3、动量与动能、动量守恒定律与机械能守恒定律的比较。 动量与动能的比较： ①动量是矢量, 动能是标量。 ②动量是用来描述机械运动互相转移的物理量而动能往往用来描述机械运动与其他运动(比如热、光、电等)相互转化的物理量。比如完全非弹性碰撞过程研究机械运动转移——速度的变化可以用动量守恒，若要研究碰撞过程改变成内能的机械能则要用动能为损失去计算了。所以动量和动能是从不同侧面反映和描述机械运动的物理量。 动量守恒定律与机械能守恒定律比较：前者是矢量式，有广泛的适用范围，而后者是标量式其适用范围则要窄得多。这些区别在使用中一定要注意。 4、碰撞：两个物体相互作用时间极短，作用力又很大，其他作用相对很小，运动状态发生显着化的现象叫做碰撞。 以物体间碰撞形式区分，可以分为“对心碰撞”(正碰), 而物体碰前速度沿它们质心的连线；“非对心碰撞”——中学阶段不研究。 以物体碰撞前后两物体总动能是否变化区分，可以分为：“弹性碰撞”。碰撞前后物体系总动能守恒；“非弹性碰撞”，完全非弹性碰撞是非弹性碰撞的特例，这种碰撞，物体在相碰后粘合在一起，动能损失最大。 各类碰撞都遵守动量守恒定律和能量守恒定律，不过在非弹性碰撞中，有一部分动能转变成了其他形式能量，因此动能不守恒了。 二、验证动量守恒定律（实验、探究） Ⅰ 【实验目的】研究在弹性碰撞的过程中，相互作用的物体系统动量守恒． 【实验原理】利用图2-1的装置验证碰撞中的动量守恒，让一个质量较大的球从斜槽上滚下来，跟放在斜槽末端上的另一个质量较小的球发生碰撞，两球均做平抛运动．由于下落高度相同，从而导致飞行时间相等，我们用它们平抛射程的大小代替其速度．小球的质量可以测出，速度也可间接地知道，如满足动量守恒式m 1v 1=m 1v 1＇+m 2v 2＇，则可验证动量守恒定律． 进一步分析可以知道，如果一个质量为m 1，速度为v 1的球与另一个质量为m 2，速度为v 2的球相碰撞，碰撞后两球的速度分别为v 1＇和v 2＇，则由动量守 人教版高中物理选修3-5知识点总结 一．量子论的建立黑体和黑体辐射Ⅰ （一）量子论 1.创立标志：1900年普朗克在德国的《物理年刊》上发表《论正常光谱能量分布定律》的论文，标志着量子论的诞生。 2.量子论的主要内容： ①普朗克认为物质的辐射能量并不是无限可分的，其最小的、不可分的能量单元即“能量子”或称“量子”，也就是说组成能量的单元是量子。 ②物质的辐射能量不是连续的，而是以量子的整数倍跳跃式变化的。 3.量子论的发展 ①1905年，爱因斯坦奖量子概念推广到光的传播中，提出了光量子论。 ②1913年，英国物理学家玻尔把量子概念推广到原子内部的能量状态，提出了一种量子化的原子结构模型，丰富了量子论。 ③到1925年左右，量子力学最终建立。 4.量子论的意义 ①与量子论等一起，引起物理学的一场重大革命，并促进了现代科学技术的突破性发展。 ②量子论的革命性观念揭开了微观世界的奥秘，深刻改变了人们对整个物质世界的认识。 ③量子论成功的揭示了诸多物质现象，如光量子论揭示了光电效应 ④量子概念是一个重要基石，现代物理学中的许多领域都是从量子概念基础上衍生出来的。 量子论的形成标志着人类对客观规律的认识，开始从宏观世界深入到微观世界；同时，在量子论的基础上发展起来的量子论学，极大地促进了原子物理、固体物理和原子核物理等科学的发展。（二）黑体和黑体辐射 1．热辐射现象 任何物体在任何温度下都要发射各种波长的电磁波，并且其辐射能量的大小及辐射能量按波长的分布都与温度有关。 这种由于物质中的分子、原子受到热激发而发射电磁波的现象称为热辐射。 ①.物体在任何温度下都会辐射能量。 ②.物体既会辐射能量，也会吸收能量。物体在某个频率范围内发射电磁波能力越大，则它吸收该频率范围内电磁波能力也越大。 辐射和吸收的能量恰相等时称为热平衡。此时温度恒定不变。 实验表明：物体辐射能多少决定于物体的温度（T）、辐射的波长、时间的长短和发射的面积。 2.黑体 物体具有向四周辐射能量的本领，又有吸收外界辐射 来的能量的本领。 黑体是指在任何温度下，全部吸收任何波长的辐射的 物体。 3．实验规律： 1）随着温度的升高，黑体的辐射强度都有增加； 2）随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动。 二．光电效应光子说光电效应方程Ⅰ 1、光电效应 E*dv表示在频率范围（v,v+dv）中的黑体辐射能量密度。 λ—辐射波长(μm) T—黑体绝对温度(K、T=t+273k) C—光速(2.998×10^8m·s ) h—普朗克常数，6.626×10^-34 J·S K—玻尔兹曼常数(Boltzmann)，1.3806505*10^-23J/K基本物理常数 玻尔兹曼常数（Boltzmann constant）（k 或kB）是有关于温度及能量的一个物理常数。玻尔兹曼是一个奥地利物理学家，在统计力学的理论有重大贡献，波兹曼常数具有相当重要的地位。光量子即光子。能量的传递不是连续的，而是以一个一个的能量单位传递的。这种最小能量单位被称作能量子（简称量子）。 原始称呼是光量子（light quantum），电磁辐射的量子，传递电磁相互作用的规范粒子，记为γ。其静止质量为零，不带电荷，其能量为普朗克常量和电磁辐射频率的乘积，E=hv，在真空中以光速c运行，其自旋为1，是玻色子。 光子是光线中携带能量的粒子。一个光子能量的多少正比于光波的频率大小，频率越高, 能量越高。当一个光子被原子吸收时，就有一个电子获得足够的能量从而从内轨道跃迁到外轨道,具有电子跃迁的原子就从基态变成了激发态。 光子具有能量，也具有动量，更具有质量，按照质能方程，E=MC^2=hν，求出M=hν/C^2, 光子由于无法静止，所以它没有静止质量，这儿的质量是光子的相对论质量。光就既具有波动性（电磁波），也具有粒子性（光子），即具有波粒二象性 玻色子是依随玻色-爱因斯坦统计，自旋为整数的粒子。玻色子不遵守泡利不相容原理，在低温时可以发生玻色-爱因斯坦凝聚。玻色子包括：.胶子-强相互作用的媒介粒子，它们具有整数自旋（0，1，……），它们的能量状态只能取不连续的量子态，但允许多个玻色子占有同一种状态。，有8种；光子-电磁相互作用的媒介粒子，这些基本粒子在宇宙中的“用途”是构成实物的粒子(轻子和重子)和传递作用力的粒子（光子、介子、胶子、w和z玻色子）。在这样的一个量子世界里，所有的成员都有标定各自基本特性的四种量子属性：质量、能量、磁矩和自旋。如光子、粒子、氢原子等， Bose-Einstein condensation (BEC) 玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)是科学巨匠爱因斯坦在80年前预言的一种新物态。这里的“凝聚”与日常生活中的凝聚不同，它表示原来不同状态的原子突然“凝聚”到同一状态（一般是基态）。即处于不同状态的原子“凝聚”到了同一种状态。即当温度足够低、原子的运动速度足够慢时，它们将集聚到能量最低的同一量子态。此时，所有的原子就象一个原子一样，具有完全相同的物理性质。 磁光阱是一种囚禁中性原子的有效手段。它由三对两两相互垂直．具有特定偏振组态井且负失谐的对射激光束形成的三维空间驻波场和反向亥姆雹谊线圈产生的梯度磁场构成．磁场的零点与光场的中心重合，负失谐的激光对原子产生阻尼力．梯度磁场与激光的偏振相结合产生了对原子的束缚力．这样就在空间对中性原子构成了一个带阻尼作用的简谐势阱。 量子力学是描写微观物质的一个物理学理论，与相对论一起被认为是现代物理学的两大基本支柱 普朗克常数记为h ，是一个物理常数，用以描述量子大小。在量子力学中占有重要的角色，马克斯·普朗克在1900年研究物体热辐射的规律时发现，只 《量子力学》课程教学大纲 一、课程说明 （一）课程名称、所属专业、课程性质、学分； 课程名称：量子力学 所属专业：物理学专业 课程性质：专业基础课 学分：4 （二）课程简介、目标与任务； 课程简介： 量子理论是20世纪物理学取得的两个（相对论和量子理论）最伟大的进展之一，以研究微观物质运动规律为基本出发点建立的量子理论开辟了人 类认识客观世界运动规律的新途径，开创了物理学的新时代。 本课程着重介绍《量子力学》（非相对论）的基本概念、基本原理和基本方法。课程分为两大部分：第一部分主要是讲述量子力学的基本原理（公 设）及表述形式。在此基础上，逐步深入地让学生认识表述原理的数学结构， 如薛定谔波动力学、海森堡矩阵力学以及抽象表述的希尔伯特空间的代数结 构。本部分的主要内容包括：量子状态的描述、力学量的算符、量子力学中 的测量、运动方程和守恒律、量子力学的表述形式、多粒子体系的全同性原 理。第二部分主要是讲述量子力学的基本方法及其应用。在分析清楚各类基 本应用问题的物理内容基础上，掌握量子力学对一些基本问题的处理方法。 本篇主要内容包括：一维定态问题、氢原子问题、微扰方法对外场中的定态 问题和量子跃迁的处理以及弹性散射问题。 课程目标与任务： 1. 掌握微观粒子运动规律、量子力学的基本假设、基本原理和基本方 法。 2．掌握量子力学的基本近似方法及其对相关物理问题的处理。 3．了解量子力学所揭示的互补性认识论及其对人类认识论的贡献。 （三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接； 本课程需要学生先修《电磁学》、《光学》、《原子物理》、《数学物理方法》和《线性代数》等课程。《电磁学》和《光学》中的麦克斯韦理论最终统一 了光学和电磁学；揭示了任意温度物体都向外辐射电磁波的机制，它是19 世纪末人们研究黑体辐射的基本出发点，对理解本课程中的黑体辐射实验及 紫外灾难由于一定的帮助。《原子物理》中所学习的关于原子结构的经典与 半经典理论及其解释相关实验的困难是导致量子力学发展的主要动机之一。 《数学物理方法》中所学习的复变函数论和微分方程的解法都在量子力学中 有广泛的应用。《线性代数》中的线性空间结构的概念是量子力学希尔伯特 空间的理论基础，对理解本课程中的矩阵力学和表象变换都很有助益。 （四）教材与主要参考书。 [1] 钱伯初, 《理论力学教程》, 高等教育出版社; （教材） [2] 苏汝铿, 《量子力学》, 高等教育出版社; [3] L. D. Landau and E. M. Lifshitz, Non-relativistic Quantum Mechanics; [4] P. A. M. Dirac, The Principles of Quantum Mechanics, Oxford University Press 1958; 二、课程内容与安排 第一章微观粒子状态的描述 第一节光的波粒二象性 第二节原子结构的玻尔理论 第三节微观粒子的波粒二象性 第四节量子力学的第一公设：波函数 （一）教学方法与学时分配：课堂讲授；6学时 （二）内容及基本要求 主要内容：主要介绍量子力学的实验基础、研究对象和微观粒子的基本特性及其状态描述。 【重点掌握】： 1.量子力学的实验基础：黑体辐射；光电效应；康普顿散射实验；电子晶体衍射 量子力学期末试题及答案 红色为我认为可能考的题目 一、填空题： 1、波函数的标准条件：单值、连续性、有限性。 2、|Ψ（r,t）|^2的物理意义：t时刻粒子出现在r处的概率密度。 3、一个量的本征值对应多个本征态，这样的态称为简并。 4、两个力学量对应的算符对易，它们具有共同的确定值。 二、简答题： 1、简述力学量对应的算符必须是线性厄米的。 答：力学量的观测值应为实数，力学量在任何状态下的观测值就是在该状态下的平均值，量子力学中，可观测的力学量所对应的算符必须为厄米算符；量子力学中还必须满足态叠加原理，而要满足态叠加原理，算符必须是线性算符。综上所述，在量子力学中，能和可观测的力学量相对应的算符必然是线性厄米算符。 2、一个量子态分为本征态和非本征态，这种说法确切吗？ 答：不确切。针对某个特定的力学量，对应算符为A，它的本征态对另一个力学量（对应算符为B）就不是它的本征态，它们有各自的本征值，只有两个算符彼此对易，它们才有共同的本征态。 3、辐射谱线的位置和谱线的强度各决定于什么因素？ 答：某一单色光辐射的话可能吸收，也可能受激跃迁。谱线的位置决定于跃迁的频率和跃迁的速度；谱线强度取决于始末态的能量差。 三、证明题。 2、证明概率流密度J不显含时间。 四、计算题。 1、 第二题： 如果类氢原子的核不是点电荷，而是半径为0r 、电荷均匀分布的小球， 计算这种效应对类氢原子基态能量的一级修正。 解：这种分布只对0r r <的区域有影响，对0r r ≥的区域无影响。据题意知 )()(?0 r U r U H -=' 其中)(0r U 是不考虑这种效应的势能分布，即 2004ze U r r πε=-（） )(r U 为考虑这种效应后的势能分布，在0r r ≥区域， r Ze r U 024)(πε-= 在0r r <区域，)(r U 可由下式得出， ?∞ -=r E d r e r U )( ???????≥≤=??=)( 4 )( ,43441 02 003003303 420r r r Ze r r r r Ze r r Ze r E πεπεπππε ??∞ --=0 )(r r r Edr e Edr e r U ?? ∞ - - =00 20 2 3 002 144r r r dr r Ze rdr r Ze πεπε )3(84)(82 203 020*********r r r Ze r Ze r r r Ze --=---=πεπεπε )( 0r r ≤ ?? ???≥≤+--=-=')( 0 )( 4)3(8)()(?00022 2030020r r r r r Ze r r r Ze r U r U H πεπε 第一章 ⒈玻尔的量子化条件，索末菲的量子化条件。 ⒉黑体：能吸收射到其上的全部辐射的物体，这种物体就称为绝对黑体，简称黑体。 ⒎普朗克量子假说： 表述1：对于一定频率ν的辐射，物体只能以hν为能量单位吸收或发射电磁辐射。 表述2：物体吸收或发射电磁辐射时，只能以量子的方式进行，每个量子的能量为：ε=hν。 表述3：物体吸收或发射电磁辐射时，只能以能量ε的整数倍来实现，即ε，2ε，3ε，…。 ⒏光电效应：光照射到金属上，有电子从金属上逸出的现象。这种电子称之为光电子。 ⒐光电效应有两个突出的特点： ①存在临界频率ν0：只有当光的频率大于一定值v0 时，才有光电子发射出来。若光频率小于该值时，则不论光强度多大，照射时间多长，都没有光电子产生。 ②光电子的能量只与光的频率有关，与光的强度无关。光的强度只决定光电子数目的多少。 ⒑爱因斯坦光量子假说： 光(电磁辐射)不仅在发射和吸收时以能量E= hν的微粒形式出 现，而且以这种形式在空间以光速 C 传播，这种粒子叫做光量子，或光子。爱因斯坦方程 ⒒光电效应机理： 当光射到金属表面上时，能量为 E= h ν 的光子立刻被电子所吸收，电子把这能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面后的动能。 ⒓解释光电效应的两个典型特点： ①存在临界频率v 0：由上式明显看出，当h ν- W 0 ≤0时，即ν≤ν0 = W 0 / h 时，电子不能脱出金属表面，从而没有光电子产生。 ②光电子动能只决定于光子的频率：上式表明光电子的能量只与光的频率ν有关，而与光的强度无关。 ⒔康普顿效应：高频率的X 射线被轻元素如白蜡、石墨中的电子散射后出现的效应。 ⒕康普顿效应的实验规律： ①散射光中，除了原来X 光的波长λ外，增加了一个新的波长为λ'的X 光，且λ' >λ； ②波长增量Δλ=λ-λ随散射角增大而增大。 ⒖量子现象凡是普朗克常数h 在其中起重要作用的现象 ⒗光具有微粒和波动的双重性质，这种性质称为光的波粒二象性 ⒘与运动粒子相联系的波称为德布罗意波或物质波。 ???? ? ???? ======n k h k n h P h E λππλων2 ,2 《量子力学》考试知识点 第一章：绪论―经典物理学的困难 考核知识点： （一）、经典物理学困难的实例 （二）、微观粒子波－粒二象性 考核要求： （一）、经典物理困难的实例 1.识记：紫外灾难、能量子、光电效应、康普顿效应。 2.领会：微观粒子的波－粒二象性、德布罗意波。 第二章：波函数和薛定谔方程 考核知识点： （一）、波函数及波函数的统计解释 （二）、含时薛定谔方程 （三）、不含时薛定谔方程 考核要求： （一）、波函数及波函数的统计解释 1.识记：波函数、波函数的自然条件、自由粒子平面波 2.领会：微观粒子状态的描述、Born几率解释、几率波、态叠加原理（二）、含时薛定谔方程 1.领会：薛定谔方程的建立、几率流密度，粒子数守恒定理 2.简明应用：量子力学的初值问题 （三）、不含时薛定谔方程 1. 领会：定态、定态性质 2. 简明应用：定态薛定谔方程 第三章：一维定态问题 一、考核知识点： （一）、一维定态的一般性质 （二）、实例 二、考核要求： 1.领会：一维定态问题的一般性质、束缚态、波函数的连续性条件、反射系数、透射系数、完全透射、势垒贯穿、共振 2.简明应用：定态薛定谔方程的求解、 第四章量子力学中的力学量 一、考核知识点： （一）、表示力学量算符的性质 （二）、厄密算符的本征值和本征函数 （三）、连续谱本征函数“归一化” （四）、算符的共同本征函数 （五）、力学量的平均值随时间的变化 二、考核要求： （一）、表示力学量算符的性质 1.识记：算符、力学量算符、对易关系 2.领会：算符的运算规则、算符的厄密共厄、厄密算符、厄密算符的性质、基本力学量算符的对易关系 （二）、厄密算符的本征值和本征函数 1.识记：本征方程、本征值、本征函数、正交归一完备性 2.领会：厄密算符的本征值和本征函数性质、坐标算符和动量算符的本征值问题、力学量可取值及测量几率、几率振幅。 （三）、连续谱本征函数“归一化” 1.领会：连续谱的归一化、箱归一化、本征函数的封闭性关系 第1页，共2页 ———————欢迎下载，祝您学习进步，成绩提升——————— 2018年攻读硕士学位研究生入学考试试题 科目代码与名称：804量子力学 适用专业或方向：物理学汲考试时间：3小时满分：150分试题编号：B 卷 （必须在答题纸上答题，在试卷上答题无效，答题纸可向监考老师索要） 一、简答题（每题6分，共计30分）（在答题纸上写明题号，将答案写在题号后） 1.写出Planck 常数力的数值。 2.在量子力学中，用什么来描述微观体系的状态？它满足的数学要求是什么？ 3.在量子力学中，当粒子的能量E 小于势垒高度时会发生什么现象？ 4.什么是量子力学中的守恒量？试给出一个例子。 5.自旋算符宁有对应的经典力学量吗？为什么？二、填空题（每空3分，共计21分）（在答题纸上写明题号，将答案写在题号后） 1.已知一维线性谐振子的状态波函数"（X）,能量为势能为!日刃2注，则它的薛定造方程可表示为 O 2.已知氢原子的归一化波函数为r =-^y 21+cr I0,匕为球谐函数，则系数c 的值 为,电子的角动量Z 分量4的可能值为、 电子的角动量平方算符云的本征值为6护的儿率为。 3.已知L ±^L x ±iL y ,贝Ij[f,￡±]=o 4,泡利不相容原理是指 ___三、选择题（每题3分，共计12分） （在答题纸上写明题号，选择一个正确答案写在题号后） 1.下列说法正确的是：（ ） A.线性谐振子的能量和动量都是量子化的。 B.房和少不对易，它们没有共同本征态。 第2页，共2页———————欢迎下载，祝您学习进步，成绩提升——————— C.力学量的表示形式和表象变换有关。 D.4?是厄密算符。 dx 对于一维无限深势阱中的粒子，它的哪个力学量是守恒量？（ A.势能 B.速度 C.能量 D.坐标若厄米算符九W 满足[A,B]=ih,贝!J(A Z 4)2?(A5)2>(1.证明在定态W 侦,t ）中，儿率流密度"=挡（内与时间无关。（12分）2" 2.证明&&=Z CT .o （15分） A y *五、计算题（20分）（在答题纸上写明题号，将答案写在题号后） 已知粒子在一维势阱r（x）=0,中运动，试求粒子的能级和波函数。 co,x <0或>a 六、计算题（20分）（在答题纸上写明题号，将答案写在题号后） 已知一体系未受微扰作用时有两个能级：E 。、及E 。,,现在受到微扰H'的作用，在H o 表象中'口,a ,b 是实数。试用微扰公式求能量至二级修正值。静b） 七、计算题（20分）（在答题纸上写明题号，将答案写在题号后） 已知一个电子受到磁场B =Be x 的作用，体系的哈密顿量（不考虑轨道运动）为 A p —±入—H=-BS,设z =0时电子的自旋向上（￡=—）,求Z>0时S 的平均值。卩2 2.3. 4.下列哪个是玻色子？（ A.质子 B.电子四、证明题（共计27分）（在答题纸上写明题号，将答案写在题号后） C.中子 D.光子 量子力学主要知识点复习资料 全 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN 大学量子力学主要知识点复习资料，填空及问答部分 1能量量子化 辐射黑体中分子和原子的振动可视为线性谐振子，这些线性谐振子可以发射和吸收辐射能。这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态下，谐振子的能量不能取任意值，只能是某一最小能量 的整数倍εεεεεn ,,4,3,2,??? 对频率为 的谐振子, 最小能量为: νh =ε 2.波粒二象性 波粒二象性（wave-particle duality ）是指某物质同时具备波的特质及粒子的特质。波粒二象性是量子力学中的一个重要概念。在经典力学中，研究对象总是被明确区分为两类：波和粒子。前者的典型例子是光，后者则组成了我们常说的“物质”。1905年，爱因斯坦提出了光电效应的光量子解释，人们开始意识到光波同时具有波和粒子的双重性质。1924年，德布罗意提出“物质波”假说，认为和光一样，一切物质都具有波粒二象性。根据这一假说，电子也会具有干涉和衍射等波动现象，这被后来的电子衍射试验所证实。 德布罗意公式h νmc E ==2 λ h m p ==v 3.波函数及其物理意义 在量子力学中，引入一个物理量：波函数 ，来描述粒子所具有的波粒二象性。波函数满足薛定格波动方程 0),()](2[),(2 2=-?+??t r r V m t r t i ψψ 粒子的波动性可以用波函数来表示， 其中，振幅 表示 波动在空间一点(x ,y,z )上的强弱。所以， 应该表示 粒子出现在点 (x,y,z )附件的概率大小的一个量。从这个意义出发，可将粒子的波函数称为概率波。 自由粒子的波函数)](exp[Et r p i A k -?=ψ=ψ 波函数的性质：可积性，归一化，单值性，连续性 4. 波函数的归一化及其物理意义 常数因子不确定性设C 是一个常数，则 和 对粒子在点(x,y,z )附 件出现概率的描述是相同的。 相位不定性如果常数 ，则 和 对粒子在点(x,y,z )附件出现概率的描述是相同的。 表示粒子出现在点(x,y,z )附近的概率。 2|(,,)|x y z ψ(,,)x y z ψ(,,)c x y z ψα i e C =(,,)i e x y z αψ(,,)x y z ψ 1.爱因斯坦关系是什么什么是波粒二象性 答：爱因斯坦关系：?? ? ??========k n n h n c h n c E p h hv E ρηρηρρρρηηλπλνπω 22 其中 波粒二象性：光不仅具有波动性，而且还具有质量、动量、能量等粒子的内禀属性，就 是说光具有波粒二象性。 2.α粒子散射与夫兰克-赫兹实验结果验证了什么 答：α粒子散射实验验证了原子的核式结构，夫兰克-赫兹实验验证了原子能量的量子化 3.波尔理论的内容是什么波尔氢原子理论的局限性是什么 答：波尔理论： （1）原子能够而且只能够出于一系列分离的能量状态中，这些状态称为定态。出于定态时，原子不发生电磁辐射。 （2）原子在两个定态之间跃迁时，才能吸收或者发射电磁辐射，辐射的频率v 由式 12E E hv -=决定 （3）原子处于定态时，电子绕原子核做轨道运动，轨道角动量满足量子化条件：ηn r m = υ 局限性： （1）不能解释较复杂原子甚至比氢稍复杂的氦原子的光谱； （2）不能给出光谱的谱线强度（相对强度）； （3）从理论上讲，量子化概念的物理本质不清楚。 4.类氢体系量子化能级的表示，波数与光谱项的关系 答：类氢体系量子化能级的表示：()2 2202 442n Z e E n ηπεμ-= 波数与光谱项的关系Λ,4,5.3,3,5.2,121 ?22=?? ? ??-=n n R v 5.索莫菲量子化条件是什么，空间取向量子化如何验证 答：索莫菲量子化条件是nh q p =?d 空间取向量子化通过史特恩-盖拉赫（Stern-Gerlach ）实验验证。、 6.碱金属的四个线系，选择定则，能级特点及形成原因 答：碱金属的四个线系：主线系、第一辅线系（漫线系）、第二辅线系（锐线系）、柏格曼系（基线系） 碱金属的选择定则：1,0,1±=?±=?j l 碱金属的能级特点：碱金属原子的能级不但与主量子数n 有关，还和角量子数l 有关；且对于同一n ，都比氢(H)能级低。 形成原因：原子实外价电子只有一个，但是原子实的极化和轨道的贯穿产生了影响，产生了与氢原子能级的差别 7.自旋假设内容，碱金属光谱精细结构特点量子力学知识点总结(精.选)
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