当前课程知识点:量子力学(上) >  第三章 一维势场中的粒子 >  3.4 线性谐振子 >  3.4.1 方程的无量纲化和化简

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3.4.1 方程的无量纲化和化简在线视频

3.4.1 方程的无量纲化和化简

下一节:3.4.2 厄密多项式

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3.4.1 方程的无量纲化和化简课程教案、知识点、字幕

这一节我们再讲一个

一维运动的例子

就是线性谐振子

在经典物理里面

大家都很熟悉

像弹簧振子的振动

单摆的振动等等

这都是线性谐振子的例子

而这个问题

在量子力学里

也非常重要

比如

分析固体里的晶格振动

原子核表面的振动

等等

在量子力学的

更高级的阶段

量子场论里

自由场就被分解为

无穷多谐振子的集合

这是量子场论分析的

基本方法

更一般地说

一个系统

可能在非常复杂的

势能的作用下运动

但是

如果我们只考虑系统

在平衡状态附近的

小变化的话

那么

任何的复杂的势能曲线

在它的极小值点的附近

都可以用抛物线来近似

这一来就使得系统在

平衡态附近的小振动

是谐振动

现在我们就来具体地

求解线性谐振子的

薛定谔方程

谐振子的势能函数

现在被写为

1/2 mω2x2

首先

这个势能函数

是一个抛物线

这是大家所熟悉的

在经典物理里边

更习惯于把它

用弹性系数来表达

但是

在我们现在的问题里

为了以后应用的方便

我们转而

用谐振子的

固有频率来表达

这个固有频率我们记作 ω

那么

这就是在

这种势能函数之下的

薛定谔方程

为了用数学的方法来

求解这个方程

我们先把

方程里的这些

自变量和参数

变成无量纲的数

对于自变量

我们在 x 上面

乘一个系数 α

这个 α 是√mω 除以 \hbar

我把这个新的变量

记作 ζ

这是一个

无量纲的变量

而在方程里的参数方面

我们定义

2E/hbar ω

写作 λ

那么这样一来

我这个方程

就变得比较简单了

第一项

是 ψ 的二阶导数项

第二项是

没有导数的项

前边的系数就简单地是 λ

减去 ζ2

我们先来考查

当自变量

变得很大的时候

方程的解是什么样子

由于现在

我的势能是对称的

所以说 ζ

趋于正无穷或者负无穷

情况是一样的

在这个时候

λ 这个数

相对于 ζ 这个变量

就可以忽略不计

于是

方程就变成一种

这样的形式

这个方程有

这样的近似解

只要把这个形式

代入到这个方程里边

并且

相对于 ζ 而言

忽略掉常数项

你就可以发觉

这个 ψ 确实

是这个方程的解

但是要注意

就解而言

指数上是正号或者是负号

都是可以的

但是

如果这里取正号的话

那么

在 ζ 趋于无穷的时候

这个函数就要发散

所以说要舍去

保留下来的只是

e2/2

既然这样

我们就可以说

待求的这个波函数 ψ

总会包含一个

这样的一个函数的一个因子

于是我们就进行一个

待求函数的变换

把它直接引进来

但是另外

还要乘上一个

同样是未知的函数

记作 H

于是

原来关于 ψ 的方程

现在就变成了

关于 H 的一个方程

当然表面上看起来

这个关于 H 的方程

似乎比关于 ψ 的方程

还复杂

因为这里

不但包括了二阶导数项

还包括了一阶导数项

但是

这个方程的最大的好处

是它便于用

级数方法来求解

量子力学(上)课程列表:

序言

-引言

--引言

第一章 量子力学的历史渊源

-1.1 普朗克的光量子假说

--1.1.1 黑体辐射的能谱

--1.1.2 普朗克假说

--1.1.3 光电效应

--1.1.4 康普顿效应

-1.2 玻尔的原子结构模型

--1.2.1 氢原子光谱和弗兰克-赫兹实验

--1.2.2 玻尔模型

--1.2.3 索末菲量子化条件

-1.3 德布罗意的物质波假说

--1.3.1 德布罗意假说

--1.3.2 微观粒子波动性的实验

-第一章 量子力学的历史渊源--第1周作业

第二章 波函数与薛定谔方程

-2.1波函数

--2.1.1 波粒二象性的意义

--2.1.2 波函数的统计诠释

--2.1.3 波函数的归一化

--2.1.4 态叠加原理

--2.1.5 动量分布几率

--2.1.6 不确定关系

--2.1.7 力学量的平均值和力学量的算符表示

--2.1.8波函数应满足的要求

-第二章 波函数与薛定谔方程--第2周作业

-2.2 薛定谔方程

--2.2.1 薛定谔方程的引入

--2.2.2 几率守恒定律

--*2.2.3量子力学的初值问题 自由粒子的传播子

--2.2.4 定态薛定谔方程 能量本征方程

--2.2.5 非定态 薛定谔方程的一般解

--2.2.6 一般系统的薛定谔方程

--2.2.7 量子力学的表象

--2.2.8 量子力学中的测量 波包坍缩

-第二章 波函数与薛定谔方程--第3周作业

第三章 一维势场中的粒子

-3.1一维运动问题的一般分析

--3.1.1 一维定态薛定谔方程的解的一般特征

--3.1.2 关于一维定态薛定谔方程的解的基本定理

--3.1.3 一维定态的分类 束缚态和非束缚态

--3.1.4一维束缚态的一般性质

-第三章 一维势场中的粒子--第4周作业

-3.2 方势阱

--3.2.1 一维无限深势阱

--3.2.2 对称有限深方势阱

-3.3 δ函数势阱

--3.3.1 函数的定义和主要性质

--3.3.2 一维δ函数势阱中的束缚态

--3.3.3 δ函数势阱与方势阱的关系

-第三章 一维势场中的粒子--第5周作业

-3.4 线性谐振子

--3.4.1 方程的无量纲化和化简

--3.4.2 厄密多项式

--3.4.3 线性谐振子的能级和波函数

-3.5 一维散射问题

--3.5.1 一维散射问题的一般描述方法

--3.5.2 方势垒的量子隧穿

--3.5.3 方势阱的共振透射

-第三章 一维势场中的粒子--第6周作业

-*3.6 δ势的穿透

--3.6.1 δ势垒的穿透

--3.6.2 δ势阱的穿透

-*3.7 周期性势场中的能带结构

--*3.7.1 有限平移不变性,弗洛盖-布洛赫定理

--*3.7.2克勒尼希-彭尼模型,能带的形成

--第三章 一维势场中的粒子--第7周作业

第四章 力学量用算符表示

-4.1 算符及其运算

--4.1.1 基本的和导出的力学量算符

--4.1.2 线性算符

--4.1.3 算符的运算和厄密算符

--4.1.4算符的对易关系

-第四章 力学量用算符表示--第8周作业

-4.2 厄密算符的主要性质

--4.2.1 算符的本证方程

--4.2.2 厄密算符的本征值

--4.2.3 本征函数系的正交性

--4.2.4 简并情形 共同本征函数

--4.2.5 力学量的完备集

--4.2.6 一般力学量的测量几率

--4.2.7 不确定关系的准确形式

-第四章 力学量用算符表示--第9周作业

-4.3 动量本征函数的归一化

--4.3.1 动量本征函数在无穷空间中的归一化

--*4.3.2 动量本征函数的箱归一化

-4.4 角动量算符的本征值和本征态

--4.4.1角动量算符的球坐标表示

--4.4.2 角动量算符z的本征值和本征函数

--4.4.3 角动量平方算符的本征值和本征函数

--4.4.4 球谐函数的基本性质

-第四章 力学量用算符表示--第10周作业

第五章 量子力学中的对称性与守恒量

-5.1 量子力学中的守恒量

--5.1.1 力学量的平均值随时间的演化

--5.1.2 量子力学里的守恒量 好量子数

--*5.1.3 能级简并与守恒量

--*5.1.4 维里定理

-5.2 对称性与守恒量

--5.2.1体系的对称变换 幺正变换

--5.2.2 空间平移不变性与动量守恒

--5.2.3 空间旋转不变性与角动量守恒

--5.2.4 离散对称性及离散守恒量

-第五章 量子力学中的对称性与守恒量--第11周作业

-5.3 全同粒子系统波函数的交换对称性

--5.3.1多粒子体系的描写

--5.3.2 全同粒子的不可区别性

--5.3.3波函数的变换对称性和粒子的统计性质

--5.3.4交换对称或反对称波函数的构成 泡利不相容原理

--5.3.5 自由电子气 费米面

-*5.4 Schrödinger图画和Heisenberg图画

--*5.4.1 薛定谔方程初值问题的形式解

--*5.4.2 薛定谔图画

--*5.4.3 海森堡图画

-第五章 量子力学中的对称性与守恒量--第12周作业

第六章 中心力场

-6.1 中心力场中粒子运动的一般性质

--6.1.1中心力场中薛定谔方程的约化

--6.1.2约化径向方程与一维薛定谔方程的比较

--*6.1.3 二体问题的分解 相对运动

-*6.2 球无限深势阱

--*6.2.1球坐标系中的自由粒子波函数

--*6.2.2球无限深势阱中能级的确定

-第六章 中心力场--第13周作业

-6.3 三维各向同性谐振子

--6.3.1 三维各向同性谐振子在直角坐标系中的解

--6.3.2球坐标系中的解 缔合拉盖尔多项式

-6.4 氢原子和类氢离子

--6.4.1 径向方程的化简及其解

--6.4.2 氢原子和类氢原子的能级和波函数

--6.4.3 氢原子的轨道磁矩 g因子

--6.4.4 碱金属原子的能级

--*6.4.5 电子偶素 电子偶素湮灭的EPR佯谬

第七章 带电粒子在电磁场中的运动

-7.1 带电粒子在电磁场中的薛定谔方程

--7.1.1 带电粒子在电磁场中的经典哈密顿量 正则动量

--7.1.2 带电粒子在电磁场中的薛定谔方程 规范条件

--7.1.3 经典的和量子的规范不变性

-*7.2 朗道能级

--7.2.1 带电粒子在均匀磁场中的经典运动

--7.2.2 带电粒子在均匀磁场中的量子运动 朗道能级

--*7.2.3 朗道能级的简并度

-*7.3 阿哈罗诺夫-博姆(Aharonov-Bohm)效应

--*7.3.1 费曼的路径振幅

--*7.3.2 无线长螺线管的矢量势

--*7.3.3 阿哈罗诺夫-博姆效应和不可积相因子

3.4.1 方程的无量纲化和化简笔记与讨论

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