《量子力学》考试知识点

《量子力学》考试知识点

第一章：绪论一经典物理学的困难

考核知识点：

（一）、经典物理学困难的实例

（二）、微观粒子波一粒二象性

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：微观粒子的波一粒二象性、德布罗意波。

第二章：波函数和薛定娉方程

考核知识点：

（一）、波函数及波函数的统计解释

（二人含时薛定丹方程

（三人不含时薛定谓方程

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、Bom儿率解释、儿率波、态叠加原理

（二人含时薛定谭方程

1.领会：薛定谭方程的建立、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

（三人不含时薛定谓方程

1.领会：定态、定态性质

2.简明应用：定态阵定谓方程

第三章：一维定态问题

1

一、考核知识点：

（一）、一维定态的一般性质

（二八实例

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：定态薛定丹方程的求解、尢限深方势阱、线性谐振子

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

（三人连续谱本征函数“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

（二人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。

（三八连续谱本征函数“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

2

（四）、力学量的平均值随时间的变化

1.识记：好量子数、能量一时间测不准关系

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，木征方程和Schrodingerequation的矩阵形式

（三人量子态的不同描述

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Schrodingerequation的矩阵形式

1.简明应用：平均值、本征方程和Schrodingerequation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

（三人量子态的不同描述

第六章：微扰理论

一、考核知识点：

（一）、定态微扰论

（二八变分法

（三人量子跃迁

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。

（二八变分法

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

（三人量子跃迁

1.识记：跃迁、跃迁儿率、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

心势场中的薛定源方程

（二）、总角动量

1.识记：自旋一轨道耦合

4

2.领会：总角动量、力学量完全集（Hf,j2,的共同本征值问题

（三八碱金属的双线结构

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|9262，和（31句）表象中两自旋为1/2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.筒明应用：两全同粒子体系、全同粒子体系波函数的结构

1、波函数与薛定谓方程

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

定态薛定谓方程。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

5

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/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。了解氯原子（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杳内容

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，薛定律方程的建立、基本性质和精确的

以及•些重耍的近似求解方法，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•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波函数和薛定娉方程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量了跃迁⑨多体问题，复习过程中应当主要对这些内容下功大。

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•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。

6

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H。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C业课要求答的深入，所以可以找一些C业方面的期刊杂志来看

下，扩大下自己的视野范围。这•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PMnxn|是厄密算符；它在任意态IV>中的平均值是正

定的，即IPN>>oo

（2）设|W>是归一化波函数，对于线性厄密算符A以下等式成立

fd<A>CA

i8--------------=<[A,H]>+i«<—>o

dta

证明：（1）因为P'=（nxn|）+=|nxn尸P所以P是厄密算符

7

或<W|P|a>=<W|nxn|9>=<<P|n><n|V>=<<P|P|V>

<VIPIV>=<VInxn|V>=|<n|V/2。

(2)因为<A=W,AW>则

再由S-eq得i”?=4A,H]〉+i方信)

或因为A=y'AWdx所以

dA6W.加.人

------=[A^dx+pFAdx+|V—Wdx

dt-a-------------------------------&---------------------d

1CA

FAVdx+—JVAHVdx+/-----Wdx

a

=—[V-(AH-HA)Vdx+|V'-Vdx

即

二、对于一维谐振子，求消灭算符a的本征态la>,将其表示成各能

量本征态In>的线性叠加。已知a|n.>=JT|n-1>o

oC

解：设1axzcn|n>

n盘

由于a|a>=aIa>且利用a|n.>=Vn-In-1>

oOoO_oO

得a|a>=YCna|n>=ZCn<n|n-1>=a^Cn|n>

n3n4nq

以<n，一1|左乘上式并利用Vnn>=5。X得

8

八八

依次递推得a

Cn=—T—c0c

vn!

由归一化条件vala>=Z|cnp=c0\同一=1

nn0!

因为zM=eldc0=e.aea5为实数，可取为8=0

nn!

所以Ia>=e2"£|n>

n坦、:n!

三、给定(62)方向的单位矢量「=(sinQcos<P,sin0sin3,cos0),在二表象中

求5=O。的本征值和归一化本征矢。

解:因为On=5sinBcos。+叫sin0sin<P+5cos0所以

cos0sin0e,°

i(pOn的本征值为±1

yin0e—cos0

由本征方程求得

,00_L(p2

COS—cos-e

对于九=*2或<P,2

020iCp2

sin-esine

、22

0

sin—

对丁九="2或〜=

0i<p

-cos-e

.2.)

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H=—ox=方打5拉莫尔

2Me

(Larmor)频率

9

设t=o时，电子自旋“向上”（Sz=%；2）。

求t>0时（1）电子自旋态Z（t）；

（2）电子自旋5的平均值。

解：（1）方法一

令Z（t）=fa（，：>!初始条件Z（o）=fa（0）LPI

^b（t））（b（0））|0；

由薛定娉方程

+b=」仇(a+b)

a(t)+b(t)=[a(0)+b(0)]e^=e

a(t)-b(t)=[a(0)_b(0)]e»=e0

由此可得a(t)=coscoLtb(t)=_isinoLt

Z(t)=

方法二

体系能量本征态即5的本征态，本征值和本征态分别为

电子自旋初态

10

T时刻电子自旋态为

L<d，ICd，「COSsJ'''

Z(t)=-L(e-q>4_+e<Pj=

1_isinOLt

(2)电子自旋各分量的平均值

一+方fo1VCOScoLt)

sx=zXt)Sxz(t)=—(coscoLtisingJ)!l!=°

2［。人一isin(oLtJ

—4-%(0—i

COS0Lt：方

Sy=Z(t)SyZ(t)=—(cos0Ltisin(oLt)l=--sin2QLt

2\\0人一isin(oLt)2

,+.h60Ycos<0Lt、h

Sz=Z(t)S2Z(t)=(cos8Jisinsj'!=cos2(oLt

210-1

*v-isin(0Lt2

五、已知系统的哈密顿量为

2s0£

H=02£0儿《W

-02g+九1

求能量至二级近似，波函数至一级近似。

2z0g)poo、

解：(1)H=H0+H'H°=0280H'=000

°k°°

可.见所设表象为非卜。表象，为将H。对角化,先由H。的本征方程求其本

征值和本征矢。

求得结果为：本征值E；0)=8E；0>=2£E3)=38

11

f1’0、

11

相应本征矢|1Xz—及012n1

o'1

\7I/

（2）利用转到脑表象（将H0对角化）

ZA

/uX

z00、0

G22

h0=S"0S02Z0Q'=S军§=000

k

0038X

70

22

在h。表象中E；=hn：Z

m丰

n

则E;=〃2E「=0E；＞=九/2

E;Er=0

8Z

—

48

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xwo时，势

3

能为零；当X>0时，势能为vo=-E。问在X=0处粒子被反射的几率多大？

4

,,,W"+k：W,=0X<0“-2去2

解：S-eq为2其中k,=2mE/%

V；+k>2=0x20

12

k；=2m（E_V。）/方2=k：/4

由题意知xgo区域既有入射波，乂有反射波；XN。区域仅有透射波

故方程的解为弘=e，k，X+re-x<0

IK&

=tex>0

k

在x=0处，W及W，都连续,得到1+r=tk,(1-r)=—t由此解得

2

1

R=|r

9

|2

注意透射率T

*t因为k2

Ik

将ete分别代入几率流密度公式

i方(

——VJ-V—V

2m、da

得入射粒子流密度

m

反射粒子流密度jR

透射粒子流密度JT

m

jR=f2=9

由此得反射率R

Jo

JT8

透射率TR+T=1

io9

2、计算

(1)[L,r2]=?

(2)设F(x,p)是x,p的整函数，则[p,F]=?

13

解:(1)[La，r]=1％x俨|=x外小r+[L/x0XB=i/£XpXy+i/exy(B=O

因为将第二项啡标作更换0㈠Yi力£由xy°=i%郃x俨7=」鹿乐/x/•/

所以【J,/二。

(2)先由归纳法证明[p,x“]=」&x—=」％Cxn(・)式

n=1上式显然成立；设n=k时上式成立，即[p,xk]=="xJ

则[p,x]=[p,x]x+x[p,x]=-i方kx—i%=」%(k+1)x

显然，n=k+1时上式也成立，(・)式得证。

因为F(X,P)=J；C巾X"'P'

v).n

则

mnmnmn

[P,F]=ZCmn[p,xp]=XCmJP.x]p=-i勺Cmnmx-p=」力工F

m,nm,nm,n

3、试在氢原子的能量本征态下，计算「」和「工的平均值。

解：处于束缚态下的氢原子的能量

Me*e21方2

En=---------=------------a=-n=nr+l+1

2%~n-2arT

(1)计算<r>

方法1相应的维里定理为<T>nlm=--<V>nlm

2

1

En=—<V>rtn,

2

2E1

所以〈r^^一喙二二

ean

dE.cH

方法2选z为参量相应的F-H定理—kr

cece

14

H=_Z▽=11

"-r=—<—>rtmvr-R一

2pranan

(2)计算<r->

22

hdel(l+1)A

等效的一维哈密顿量H=-7一十----------

2Mdrr2Mr

CEn

取।为参量相应的F-H定理注意

n=n+1+1

(2I+1)方221

<r­<r-

an2M(I+1/2)a'n

4、有一个二能级体系，哈密顿量为H=H0+HHo和微扰算符H，的矩阵

表示为

E.001、

H0=H=/v°J

0

其中九表征微扰强度，＜E2O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H。表象

对于EiVE-由非简并微扰论计算公式

'IH:「+…

E=E‘°'+1H1'+y

JnJnnn-E⑺

mE二m

H:

V=叱°，w⑼

)Ym

tnn+E<0)(0>

ImEn-Em

A《

|H；rA

得E「=0

Ei(0><0)

El-E2Ei-E

15

E>=0_|H|；『_X

—(0>(0)-

E2-Ei2-

所以，二级近似能量和一级近似态矢为

E,-E,

对于E,=E2,由简并微扰论计算得一级近似能量和零级近似态矢为

5自旋投影算符S.=-o；,o■为泡利矩阵，n■为单位矢量

2

(sin0cos@,sin0sin9,cos0)o

（1）对电子自旋向上态ZjSz=加2）,求$„的可能值及相应儿率;

（2）对0n的本征值为1的本征态,求Oy的可能值及相应几率。

sin0eX<P

AAcos0hcos0sin0e,°居'.a

解：(1)由Sn=

=mS

2、sin0e—cos0t29。-cos01bJb

得

00

COS-sin一

Zi(Sn)=271(Sn)=2

0.<P0.0

sin-e—cos-e

22

1Ji

对于电子自旋向上态0sz=即2)=a，S。取值土一的儿率分别为

62

16

0

2

(2)Oy的本征值和本征态

1Q1C、

九=1，ZjOy)=—f=.J；X=-1»Z(Oy)=—7=

-CL)

(即6的本征值为。的本征态

电子处于On的本征值为1I

2

Zjsj)，

2

则。，的可能值及相应几率为

X=1

2(6"

cos—

21

=/Q0=—(1+sin0sinQ)

2

2"sine

、2

A="I乃Oy)乙(GJ

6、设质量为m的两个全同:，它们之间的相互作用能为

12

—a(X|-x2)(a>0)o

2

(D若粒子自旋为0,写

(2)若粒子自旋s=1/2,

波函数。

解：体系的哈密顿量为

17

2.22

方6方612

H=------------7-—------------+-a(x,-x2)

2m#12m/2

引入质心坐标X和相对坐标X=—(x,+x2)x=Xi—x

2

在坐标变换Xjx?=X,x下,体系的哈密顿量变为

A22距*12

H=_----------a------------------^-+-axM=2m|1=m/2

2M》’2R*2

相对运动哈密顿量为

方2d212距/122

Hr=--------------+-ax=-------------+-Meox

2Hdx22Ndx2

(1)若粒子自旋为0,则相对运动态的能量和波函数为

(LVA

En='n+-1^0Wn(x)=Nn2"Hn(ax)

I2；

n=0,2,4,…

限定n=0,2,4,…是为了保证波函数对交换x：和X2是对称的。

(2)若粒子自旋s=1/2，则相对运动态的能量和波函数为

En=n+-和3n=0,1,2,…

122

—ax

V(x,Sz)=NneHn(ax)|00>n=0,2,4,…

।[I11>

W(x,Sz)=NneHn(ax"110>n=1,3,5,…

|1-1>

其中

|11>=a(i)a(2)|1O>=}[a⑴B(2)+a(2)0(1)]

18

1

11-1APd)P(2)I00>=la⑴。⑶-a(2)P(1)]

体系基态能量和波函数

14ax2

2

E=-W(x,Sz)=Noe100>

2

体系第一激发态能量和波函数

fI11>

3-s।-Qx

2

E=一％V(x,S2)=NeH|(ax)〈|10>

2

|1-1>

to

量子力学测试题(4)

(复旦2002)

1、已知一维运动的粒子在态W(x)中坐标x和动量p*的平均值分别为x。和p。,

求在态<P(x)=e，x'％(x+x0)中坐标X和动量p,的平均值。

解：已知粒子在态W(x)中坐标x和动量P,的平均值分别为

也

x=悭(x)xV(x)dx=x0

-oc

Px=M(x)Qi方二"(x)dx=p0

LIaJ

现粒子处在<P(x)态，坐标X和动量Px的平均值

x=产(x)x»(x)dx=|V(>：+x