当前课程知识点:量子力学(上) >  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 >  *5.1.4 维里定理

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*5.1.4 维里定理

下一节:5.2.1体系的对称变换 幺正变换

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*5.1.4 维里定理课程教案、知识点、字幕

下面我们来讲

5.1.4节

这也是一个打*号的节次

是选修的

我们来介绍维里定理

假设系统是处在定态的

让我们考虑

这样的一个算符的平均值

这个算符是 r·p

也就是 x̂p̂x 加上

ŷp̂y 再加上 ẑp̂z

平均值

由于系统处在定态

这个平均值

当然不随时间而改变

然后我们再考虑

这样的算符和 Ĥ 的对易关系

比如说其中的一项是

x̂p̂x, 它和 Ĥ 的对易关系

这里之所以再乘上一个

1/iℏ 的因子

是因为它正好出现在

埃伦费斯特定理的右方

利用乘积算符的

对易括号的展开法则

这个对易括号包含两项

其中一个是把

x̂ 拿到对易括号的外边

另外一项是把 p̂x

拿到对易括号的外边

我们前边已经讲过

x 和 Ĥ 的对易括号

实际上等于 -iℏ 乘以

Ĥ 这个算符对 x 的偏导数

这样一来我们对于这项

就得到了 -x̂

乘以 H 对 x 的偏导数

完全类似地

x̂ 和 Ĥ 的对易括号

是 iℏ 乘以 H 对 px 的偏导数

所以说这项就等于

H 对 px 的偏导数再乘以 p̂x

那么在 Ĥ 的这个表达式里边

和 x 有关的只有势能项

和 p 有关的只有动能项

因此把这样的偏导完成之后

这个表达式就成为

-x̂ 乘以 V 对 x 的偏导

再加上 p̂x2/m

完全类似地可以算出

ŷp̂y 和 ẑp̂z

和 Ĥ 的对易括号

于是我们就发觉

r·p 这个算符和

Ĥ 的对易括号

前面再除以一个 iℏ

它就等于 -r 这个矢量

和 V 的梯度的点积

再加上 p 这个矢量的平方

除以 m

再把这个结果代入

埃伦费斯特定理

实际上这个式子

应该是求平均值之后

等于零的

于是我们就发觉

r·∇V 的平均值

实际上等于

p2/m 的平均值

也就是两倍的动能的平均值

这个等式就称为维里定理

维里定理

对于中心势场的情况

具有特别简单而直接的结果

现在假设

势能 V 只是 r 的函数

并且正比于 rn

那么这样的一个先做梯度

再和 r 做点乘

实际上就等于

先对 V 里边的 r 做微分

再乘以 r

那么微分的时候

使这个指数拿下来

上面变成 n-1 再乘以 r

它又恢复为 rn

于是这个微分加点乘的结果

正好是把函数 V 乘以了 n 倍

这时候我们再利用维里定理

它就告诉我们

动能的平均值

实际上是势能的平均值

前面乘了一个系数

这个系数是 n/2

而这个 n

来自势能函数作为 r 的

n 次幂

由于以后我们将会举出

中心势场的

很多的具体的例子

在那些例子当中

我们可以一个一个地来验证

这个等式是成立的

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

*5.1.4 维里定理笔记与讨论

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