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*4.3.2 动量本征函数的箱归一化在线视频

*4.3.2 动量本征函数的箱归一化

下一节:4.4.1角动量算符的球坐标表示

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*4.3.2 动量本征函数的箱归一化课程教案、知识点、字幕

下面我们来

讲解动量本征函数的

箱归一化

在实际的物理情况中

所涉及的空间虽然很大

却仍然是有限的

而且空间边界的影响

又可以忽略不计

也就是说波函数是局限在

有限的空间中

在4.2节中我们曾经证明了

动量算符是个厄密算符

那么用同样的证明的方法

我们也可以证明

对于涉及有限空间波函数

为了保证

动量算符是厄密算符

应该提出周期性的边界条件

我们以一维空间为例

来具体介绍一下

如何进行箱归一化

我们设

粒子的坐标

局限在一个区间内

这个区间是从 -L/2 到 L/2

那么

动量算符的本征函数

就应该满足周期性边界条件

即在两个边界上 -L/2 和 L/2

动量算符的本征函数

是相等的

那么由于动量算符的

本征方程是不变的

因此它的

本征函数的具体的形式

跟上一小节中的

形式是一样的

也就是说等于

C 是一个复常数

乘上一个 e 指数

指数上是 ipx/ℏ

由于现在波函数

是局限在一个有限的空间里

因此

对它很容易地进行归一化

那么归一化得到的波函数

就等于 1 除上根号下 L

乘上这个 e 指数

在其它的空间里

波函数等于零

将我们得到的波函数

应用于周期性边界条件

我们将会得到

e 指数, 指数上是

ipL/ℏ,等于 1

那么这就意味着

pL/ℏ = 2nπ

其中 n 是整数

那么这就告诉我们

p 这个动量的本征值不再是

一个连续的值

而是一个分立的值

它等于2nπℏ/L

那么我们还要在这里

给它一个下角标来对应于

这个 n,对应于这个量子数

另外由德布罗意关系

也就是

动量和描述这个粒子的

物质波的波长之间的关系

我们也可以得到

L = |n|λ

也就说

长度必须包含整数个波长

这里我们从动量离散化

就得到了波长的离散化

本征函数就可以写成

1 除上根号下 L

乘上一个 e 的指数

那么指数上是

i2nπx/L

我们也会

很容易地得到正交归一条件

那就是两个波函数的内积

等于一个 Kronecker δ 函数

我们将一维的情形

推广到三维的情形

也就是说 x,y,z 分别局限在

-L/2 到 L/2 的区间里

那么这个时候的本征函数

就是

一维情况下的本征函数的

乘积

那么得到的就是

1 除上 L3/2

乘上 e 指数是

ip*r/ℏ

我们还可以把空间的体积

L3 定义成 V

其中

动量算符的本征值的

三个分量 px, py, pz

都是离散化的

n,m,l 是分别对应于

px, py, pz 的一组量子数

它们都是整数

那么正交归一

我们也容易地得到

动量的本征函数的内积

等于三个 Kronecker δ 的相乘

从我们得到的结果

我们可以发现

在动量空间中

动量的本征值是出现在

以 h/L 为常数的

三维的立体晶格的格点上

那么包围格点的晶胞的体积

就是 h/L3

那么这个体积

也就是一个量子态

平均占有的体积

另一方面我们知道

坐标的空间体积是 L3

因此一个量子态在相空间

也就是说在坐标空间和

动量空间一起构成的空间里

平均占有的体积

就是这两个体积的乘积

即 h3

那么它的倒数

就是这个量子态

在相空间中的态密度

这个结论在统计力学中

有着重要的应用

4.3节

就介绍完了

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

*4.3.2 动量本征函数的箱归一化笔记与讨论

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