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文档简介
1、仙女座,波恩,一、物质波波函数,微观领域常用实物粒子在空间出现的概率分布来描述其运动状态,该概率分布函数称为物质波的波函数。,波函数记作 ( x, y, z, t ),常用复数形式来表示!,例如,沿+x方向传播的平面简谐波的波动方程:,也可用复数形式来表示:,例如,沿+x方向传播的平面简谐波的波动方程:,也可用复数形式来表示:, (x) : 该波动方程的定态波函 数,不含时间变量。, (x) : 该波动方程的定态波函 数,不含时间变量。,如何构造物质波波函数 ( x, y, z, t ), 机械波强度 :I A2 (A为其在该处的振幅)。, 用复数形式表示。则其振幅为| ( x, y, z,
2、t ) |。,概率密度w | ( x, y, z, t ) |2,如何构造物质波波函数 ( x, y, z, t ), 机械波强度 :I A2 (A为其在该处的振幅)。, 用复数形式表示。则其振幅为| ( x, y, z, t ) |。,仿此关系,物质波的强度| ( x, y, z, t ) |2,物质波的强度称作粒子在空间某点 (x, y, z) 处出现的概率密度,记作w( x, y, z, t ) :,粒子在 dv 空间出现的概率: dG = | ( x, y, z, t ) |2dv,若粒子只出现在一维空间,则其在 xx+dx 空间出现的概率为:,dG = wdx = | ( x, t
3、) |2dx,若粒子只出现在一维空间,则其在 xx+dx 空间出现的概率为:,玻恩(M.Born,1882 - 1970)德国物理学家,1926 年提出波函数的统计意义,为此与博特(W.W.G Bothe,1891-1957)共享1954年诺贝尔物理学奖。,dG = wdx = | ( x, t ) |2dx,若粒子只出现在一维空间,则其在 xx+dx 空间出现的概率为:, 粒子在全空间出现的概率为1,即:,对于一维:,(归一化条件), ( x, y, z, t ) 必须满足单值、连续、有限条件(标准 条件)。,dG = wdx = | ( x, t ) |2dx,对于一维:, ( x, y,
4、 z, t ) 必须满足单值、连续、有限条件(标准 条件)。,例 构造一维自由粒子的物质波波函数 ( x, t )。,一维自由粒子:不受任何外力作用、沿+x方向运动 的实物粒子。,设:一平面简谐波沿+x方向传播,其波函数:,复数形式:,复数形式:,仿照上式,缔合在一维自由粒子上的物质波波函数:,而,上式可写成:,仿照上式,缔合在一维自由粒子上的物质波波函数:,而,上式可写成:,二、薛定谔方程 ( v c ),对自由粒子:其定态波函数为,,则:,上式可应用到非自由粒子情形。,二、薛定谔方程 ( v c ),对自由粒子:其定态波函数为,,则:,上式可应用到非自由粒子情形。,能量:,动量:,对非自由
5、粒子,对非自由粒子,能量:,动量:,即:对非自由粒子,称为一维定态薛定谔方程。,三维定态薛定谔方程:,即:对非自由粒子,称为一维定态薛定谔方程。,三维定态薛定谔方程:,其中, 称为拉普拉斯算符。,薛定谔 (Erwin Schrdinger, 1887-1961) 奥 地利著名理论 物理学家,量 子力学的重要奠基人,同 时在固体比热、统计热力 学、原子光谱及镭的放射 性等方面的研究都有很大 成就。1933年与物理学家 狄拉克共同荣获诺贝尔物 理学奖。薛定谔还是现代 分子生物学的奠基人。,三、一维无限深势阱,设:一粒子被约束在 (o, a) 一维空间,其势能函数为,根据定态薛定谔方程,势阱中粒子的
6、概率波满足,根据定态薛定谔方程,势阱中粒子的概率波满足,根据边界条件:,由于粒子肯定出现在(o, a)之间,A、B不能同时为零:,根据边界条件:,由于粒子肯定出现在(o, a)之间,A、B不能同时为零:,上式表明:势阱中的粒子的能量是量子化的,只能 取一组分立值。能量量子化是物质波粒 二象性的自然结果。,( n = 1, 2, 3, 称为量子数 ),粒子波函数为:,上式表明:势阱中的粒子的能量是量子化的,只能 取一组分立值。能量量子化是物质波粒 二象性的自然结果。,( n = 1, 2, 3, 称为量子数 ),粒子波函数为:,由归一化条件,由归一化条件,粒子在势阱中的概率密度 wn 为:,粒子在势阱中的概率密度 wn 为:,极大值:,波函数的驻波特点,处,波函数 的值皆为零。波函数以 驻波形式存在势阱中:,处,波函数 的值皆为零。波函数以 驻波形式存在势阱中:,波函数的驻波特点,势阱中粒子能量的量子化 从其驻波特点中也可自然 地得出。,*四、对应原理,经典物理的规律与量子物理的规律似乎无共同之 处,但在忽略量子效应时,两者应该趋于一致。,例如,在一维势阱中的粒子,两相邻能级的差为,能量可认为是连续的。经典物理可以看成是量子物 理在量子数n时的极限。,*五、一维方势垒 隧道效应,设
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