1]质量分别为 m,m的两个粒子组成的体系,质心座标标为:
r2)试求总动量及总角动量在,表象中的。
算符表示。1. [解] (a)合动量算符。根据假设可以解出,
令。设各个矢量的分量是,和。为了计算动量的变换式先求对,等的偏导数:
关于,,,可以写出与(5)(6)类似的式子,因而:
b)总角动量。
利用(3),(4),(5),(6):
因而 2]证明,
(证明)第一式 但
即同样写出关于y,z的式子,相加得:
因是任意函数,因而第一式得证。
第二式的证明:该式是矢量的恒等式,取等式左方一式的x分量。
并蒋它运算于任何函数,要注意标量算符而是矢量算符:
因此在出写出关于y,z的式子后有。
3]中心力场中的经典粒子的哈密顿量是。
其中。当过渡到量子力学时,要换为。
问是否厄米算符?是否厄米算符。
解)对第一个算符取厄米共轭算符,加以变换,看其是否与原。
算符相等,为此利用乘积的厄米算符公式。
若,则。因为, ,等自身是厄米的,因而有。
要看出,的关系将作用于任意函数:
即 ,因而不是厄米算符。因为。
利用以上结果,或者直接对取厄米共轭式,都证明。
因此可认为是厄米的,证明在后面,但是关于这问题学术上有争论,因为它还需要满足另一些条件(liboff)。
cfrlliboff: american journal of physics 976(1973
cfamessian:quantum mecnanics p346(1961)
4]经典力学中。
在量子力学中此式是否成立?在什么条件下此式成立?
(解)~206~ 物83—309蒋。
最后一式加上下述这个等于零的式子:
得: 因此经典角动量平方公式与量子力学的不相同,只有=0才相同。
5]求出氢原子基态波函数在动量表象中的表示式。利用所得结。
果,计算。用x表象中的氢原子波函数计算,并验证测不准关。
系式。解)本题是三维问题,氢原子基态波函数用座标表象时写作:
但是玻尔半径,将(1)代入三维的座标,动量波函数变换式,此式是:
为使计算简单,可选择z轴与动量的瞬时方向重合,这样。
将(2)中的用(1)式代入,进行积分,积分的次序是,,r:
其次为了验证氢原子的测不准关系,需要计算座标动量的平均值,计。
算与座标有关的平均值时,用为波函数,反之计算动量平。
均值时,可用动量波函数:测不准关系的验证,是通过一个指。
定方向(如x轴)的分量间关系:
208物83 –309蒋。
在计算动量有关平均值时,可采用动量相空间的球面极座标参考系,设动量相空间直角坐标为,,则球面极座标用表。示,
与p有关的积分可用替代入(6)式的第一道积分,得:
= 代入(6)得:
代入测不准关系式:
6]在动量表象中写出氢原子的能量本征方程式,并证明角动。
量的各个分量均为守恒量。
解)(一)建立动量表象的能量本征方程式,势能。
为此先写下座标表象的薛氏方程式(直角坐标还是球面极座标不分):
遍乘,并对座标积分:
等号左方第一积分用二次分部积分中的加以下述。
福里哀变换,就得到动量表象的能量本征方程:
得: (3)
式中4) 二)核的计算:
先作(4)式类似的计算,假设是个座标表象的波函数,它的
相应的动量表象函数是,则正逆两种变换是:
将拉普拉斯算符。
作用于两边,得:
根据(7)式写出它的逆变换式,并且与(5)式对比,有:
将(4)(5)二式比较知道只需在中作置换,再乘。
因此我们最后得到动量表象的三维能量本征方程式,专用于库仑场。
(三)动量表象中,角动量分量守恒的证明。
有两面种方法,或用直角坐标表示角动量算符,或用球面极座标表。
示,用前者较为简单,要证明角动量分量(例如)是守恒量,其必。
要条件是它可以和哈密顿算符对易,即:
这里,用动量表象书写时,可以用直角坐标表标表象的式子加以适宜。
的置换来得到这种置换是:因而得到。