当前课程知识点:量子力学(上) > 第四章 力学量用算符表示 > 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
第四章的最后一节
我们将具体求解
角动量算符的
本征值和本征态
那么这里所说的角动量
是轨道角动量
我们先得出
轨道角动量算符的
球坐标表示
轨道角动量算符的定义是
坐标算符和
动量算符的矢量积
等于 -iℏ r×∇
那么它的
三个分量的具体的表示
如下
那么这三个分量之间的
对易关系是这样子的
这个对易关系
我们也在之前的章节中
计算过
分别是
L̂x 和 L̂y 的对易括号等于
iℏ L̂z
L̂y 和 L̂z 的对易括号等于 iℏ L̂x
L̂z 和 L̂x 的对易括号等于
iℏ L̂y
那么我们可以将这样的
对易关系总结为一个表达式
即 L̂i 和 L̂j 的对易括号
等于 iℏ 乘上一个张量 εijk
乘上 L̂k
那么这里的 i,j,k
分别就代表了之前的 x,y,z
也可以用 1,2,3来表示
那么
εijk 的张量是
完全反对称三阶单位张量
它的非零张量元分别为
当 123 是正循环排列的时候
ε123,ε231 和 ε312 等于 1
如果是反循环的话
就是
ε321 和 ε213 和 ε132
等于 -1
另外我们定义
角动量平方算符
角动量平方算符就等于
角动量 x 分量的
算符的平方加上
角动量 y 分量的平方加上
z 分量的平方
定义了角动量平方算符之后
我们发现
角动量平方算符和
角动量算符的三个分量
之间是对易的
因此由角动量平方算符以及
角动量算符三个分量中的
某一个通常我们选取的是
z 方向上的分量算符
就构成了这些算符的完备集
在我们所描述的
量子系统的量子状态下
测量角动量平方
和角动量的 z 分量的时候
它们将有确定的值
现在我们所要提的问题是
角动量平方算符
和角动量算符的 z 分量
所构成的力学量完备集
描述的
是什么样的量子系统呢
我们将在这一节的最后
给出答案
我们现在从直角坐标系转入
球坐标系
直角坐标系和
球坐标系之间的函数关系
就是这样子的一个函数关系
在球坐标系中
三个变量的取值范围
也写在这里
经过微分变换
我们就得到
角动量算符的 z 分量
和角动量平方算符
在球坐标系中的表达形式
我们发现 L̂z
只和 φ 有关系
而 L̂2 是和 θ 角
和 φ 角有关系
那么这两个算符
都与 r 无关
-引言
--引言
-1.1 普朗克的光量子假说
-1.2 玻尔的原子结构模型
-1.3 德布罗意的物质波假说
-第一章 量子力学的历史渊源--第1周作业
-2.1波函数
-第二章 波函数与薛定谔方程--第2周作业
-2.2 薛定谔方程
-第二章 波函数与薛定谔方程--第3周作业
-3.1一维运动问题的一般分析
-第三章 一维势场中的粒子--第4周作业
-3.2 方势阱
-3.3 δ函数势阱
-第三章 一维势场中的粒子--第5周作业
-3.4 线性谐振子
-3.5 一维散射问题
-第三章 一维势场中的粒子--第6周作业
-*3.6 δ势的穿透
-*3.7 周期性势场中的能带结构
--第三章 一维势场中的粒子--第7周作业
-4.1 算符及其运算
-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
-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
-4.4 角动量算符的本征值和本征态
-第四章 力学量用算符表示--第10周作业
-5.1 量子力学中的守恒量
-5.2 对称性与守恒量
-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
-*5.4 Schrödinger图画和Heisenberg图画
-第五章 量子力学中的对称性与守恒量--第12周作业
-6.1 中心力场中粒子运动的一般性质
-*6.2 球无限深势阱
-第六章 中心力场--第13周作业
-6.3 三维各向同性谐振子
-6.4 氢原子和类氢离子
-7.1 带电粒子在电磁场中的薛定谔方程
-*7.2 朗道能级
-*7.3 阿哈罗诺夫-博姆(Aharonov-Bohm)效应