量子力學基礎簡答題(經(jīng)典)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上量子力學基礎簡答題1、簡述波函數(shù)的統(tǒng)計解釋；2、對“軌道”和“電子云”的概念，量子力學的解釋是什么？3、力學量在自身表象中的矩陣表示有何特點？4、簡述能量的測不準關系；5、電子在位置和自旋表象下，波函數(shù)如何歸一化？解釋各項的幾率意義。6、何為束縛態(tài)？7、當體系處于歸一化波函數(shù)所描述的狀態(tài)時，簡述在狀態(tài)中測量力學量F的可能值及其幾率的方法。8、設粒子在位置表象中處于態(tài),采用Dirac符號時，若將改寫為有何不妥？采用Dirac符號時，位置表象中的波函數(shù)應如何表示？9、簡述定態(tài)微擾理論。10、SternGerlach實驗證實了什么？11、一個物理體系存在束縛態(tài)的條件是什么？

2、12、兩個對易的力學量是否一定同時確定？為什么？13、測不準關系是否與表象有關？14、在簡并定態(tài)微擾論中，如的某一能級，對應f個正交歸一本征函數(shù)（=1，2，f），為什么一般地不能直接作為的零級近似波函數(shù)？15、在自旋態(tài)中，和的測不準關系是多少？16、在定態(tài)問題中，不同能量所對應的態(tài)的迭加是否為定態(tài)方程的解？同一能量對應的各簡并態(tài)的迭加是否仍為定態(tài)方程的解？17、兩個不對易的算符所表示的力學量是否一定不能同時確定？舉例說明。18說明厄米矩陣的對角元素是實的，關于對角線對稱的元素互相共軛。19何謂選擇定則。20、能否由方程直接導出自旋？21、敘述量子力學的態(tài)迭加原理。22、厄米算符是如何定義的？2

3、3、據(jù)，=1，證明：。24、非簡并定態(tài)微擾論的計算公式是什么？寫出其適用條件。25、自旋，問是否厄米算符？是否一種角動量算符？26、波函數(shù)的量綱是否與表象有關？舉例說明。27、動量的本征函數(shù)有哪兩種歸一化方法？予以簡述。28、知，問能否得到？為什么？29、簡述變分法求基態(tài)能量及波函數(shù)的過程。30、簡單Zeemann效應是否可以證實自旋的存在？31、不考慮自旋，當粒子在庫侖場中運動時，束縛態(tài)能級的簡并度是多少？若粒子自旋為s，問的簡并度又是多少?32、根據(jù)說明粒子在輳力場中運動時，角動量守恒。33、對線性諧振子定態(tài)問題，舊量子論與量子力學的結論存在哪些根本區(qū)別？34、簡述氫原子的一級stark效

4、應。35、寫出的計算公式。 36、由，說明波函數(shù)的量綱。37、為厄米算符，問，與，是否厄米算符？38、據(jù)，=1，證明：。39、利用量子力學的含時微擾論，能否直接計算發(fā)射系數(shù)和吸收系數(shù)？40、什么是耦合表象？41、不考慮粒子內(nèi)部自由度，宇稱算符是否為線性厄米算符？為什么？42、寫出幾率密度與幾率流密度所滿足的連續(xù)性方程。43、已知，且，試推出線性諧振子波函數(shù)的遞推公式。44、寫出一級近似下，躍遷幾率的計算式。45、何謂無耦合表象？46、給出線性諧振子定態(tài)波函數(shù)的遞推公式。47、，是否線性算符？48、在什么樣的基組中，厄米算符是厄米矩陣？49、何謂選擇定則？50、寫出公式。51、何為束縛態(tài)？52、

5、寫出位置表象中，和的表示式。53、對于定態(tài)問題，試從含時方程推導出定態(tài)方程；54、對于氫原子，其偶極躍遷的選擇定則對主量子數(shù)n是否存在限制？為什么？55、在現(xiàn)階段所學的量子力學中，電子的自旋是作為一個基本假定引入的，還是由其它假定自然推出的？56、假如波函數(shù)應滿足的方程不是線性方程，波函數(shù)是否一定能歸一化？57、試寫出動量表象中，的表式58、幺正算符是怎樣定義的？59、我們知道，平面單色波的電場能和磁場能相等，而在用微擾論計算發(fā)射系數(shù)和吸收系數(shù)時，我們?yōu)槭裁春雎粤舜艌鰧﹄娮拥淖饔茫?0、對于自旋為3/2的粒子，其自旋本征函數(shù)應是幾行一列的矩陣？61、寫出德布羅意關系式及自由粒子的德布羅意波。6

6、2、一維線性諧振子基態(tài)歸一化波函數(shù)為 ，試計算積分；63、當體系處于歸一化波函數(shù)所描述的狀態(tài)時，簡述在態(tài)中測量力學量F的可能值及其幾率的方法；64、已知氫原子徑向方程無簡并，微擾項只與有關，問非簡并定態(tài)微擾論能否適用？65、自旋是否意味著自轉？66、光到底是粒子還是波；67、兩個對易的力學量是否一定同時具有確定值？在什么情況下才同時具有確定值？68、不考慮自旋，求球諧振子能級En的簡并度；69、我們學過，氫原子的選擇定則，這是否意味著的躍遷絕對不可能發(fā)生？70、克萊布希高豋系數(shù)是為解決什么問題提出的？）71、在球坐標系下，波函數(shù)為什么應是進動角的周期函數(shù)？72、設當和時，勢能為常數(shù)，試將此區(qū)域

7、內(nèi)的二維方程分離變量(不求解)；73、何謂力學量完全集？74、定性說明為什么在氫原子的Stark效應中，可將視為微擾項？75、Pauli算符是否滿足角動量的定義式？76、簡述量子力學產(chǎn)生的背景；77、寫出位置表象中直角坐標系下、的表示式；78、為有心力場中的徑向波函數(shù)，問是否成立？為什么？79、定態(tài)微擾論是否適用于主量子數(shù)n很大的氫原子情況？為什么？80、有關角動量的定義，我們學過哪兩種？哪一種更廣泛？自旋角動量是按哪一種定義的？81、說明的量綱；82、說明在定態(tài)問題中，定態(tài)能量的最小值不可能低于勢能的最低值；83、簡述占有數(shù)表象；84、試說明對易的厄米算符的乘積也是厄米算符；85、何為偶極近

8、似？86、量子力學克服了舊量子論的哪些不足？87、寫出的本征值及對應本征函數(shù)；88、一個物理體系存在束縛態(tài)的條件是什么？89、簡述態(tài)的表象變換的方法；90、已知總角動量，試說明。91、舊量子論存在哪些不足？92、對于舊量子論中氫原子的“軌道”，量子力學的解釋是什么？93、兩個不對易的力學量一定不能同時確定嗎？舉例說明；94、簡述變分法的思想；95、寫出電子在表象下的三個Pauli矩陣。96、簡述波函數(shù)的Born統(tǒng)計解釋；97、設是定態(tài)方程的解，說明也是對應同一本征能級的解，進而說明無簡并能級的波函數(shù)一定可以取為實數(shù)；98、引入Dirac符號的意義何在？99、定態(tài)微擾論的適用范圍是什么？100、

9、簡述兩個角動量耦合的三角形關系。答案1. 波函數(shù)在空間某一點的強度（振幅絕對值的平方）和在該點找到粒子的幾率成正比。2. 電子云：用點的疏密來描述粒子出現(xiàn)的幾率。軌道：電子徑向分布幾率最大之處。3. 力學量在自身表象中的矩陣是對角的，對角線上為的本征值。4. 能量測不準關系的數(shù)學表示式為，即微觀粒子的能量與時間不可能同時進行準確的測量，其中一項測量的越精確，另一項的不確定程度越大。5. 利用進行歸一化，其中：表示粒子在處的幾率密度，表示粒子在處的幾率密度。6. 束縛態(tài): 無限遠處為零的波函數(shù)所描述的狀態(tài)。能量小于勢壘高度，粒子被約束在有限的空間內(nèi)運動。7. 首先求解力學量對應算符的本征方程：，

10、然后將按的本征態(tài)展開：，則的可能值為，的幾率為，在范圍內(nèi)的幾率為8. 符號是不涉及任何表象的抽象符號。位置表象中的波函數(shù)應表示為。9. 求解定態(tài)薛定諤方程時，若可以把不顯含時間的分為大、小兩部分，其中（1）的本征值和本征函數(shù)是可以精確求解的，或已有確定的結果，（2）很小，稱為加在上的微擾，則可以利用和構造出和。10. 實驗證明了電子自旋的存在。11、條件：能量比無窮遠處的勢??；能級滿足的方程至少有一個解。12、不一定，只有在它們共同的本征態(tài)下才能同時確定。13、無關。14、因為作為零級近似的波函數(shù)必須保證有解。15、。16、不是，是17、不一定，如互不對易，但在Y00態(tài)下，。18、厄米矩陣的定

11、義為矩陣經(jīng)轉置、共軛兩步操作之后仍為矩陣本身，即，可知對角線上的元素必為實數(shù)，而關于對角線對稱的元素必互相共軛。19、原子能級之間輻射躍遷所遵從的規(guī)則。選擇定則表明并非任何兩能級之間的輻射躍遷都是可能的，只有遵從選擇定則的能級之間的輻射躍遷才是可能的。20、不能。21、如果和是體系的可能狀態(tài)，那么，它們的線性疊加（c1、c2是復數(shù)）也是這個體系的可能狀態(tài)。22、如果對于兩任意函數(shù)和，算符滿足下列等式，則稱為厄米算符。23、即又又且取得24、 適用條件：25、是厄米算符，但不是角動量算符。26有關，例如在位置表象和動量表象下的本征態(tài)分別為和，它們的量綱顯然不同。27坐標表象下動量的本征方程為，它

12、有兩種歸一化方法：歸一化為函數(shù)：由得出；箱歸一化：假設粒子被限制在一個立方體中，邊長為L，取箱中心為坐標原點，要求波函數(shù)在箱相對面上對應點有相同的值，然后由得出。28不能，因為所作用的波函數(shù)不是任意的。29第一步:寫出體系的哈密頓算符； 第二步:根據(jù)體系的特點(對稱性,邊界條件和物理直觀知識),尋找嘗試波函數(shù),為變分參數(shù),它能夠調整波函數(shù)(猜一個)；第三步:計算哈密頓在態(tài)中的平均值 第四步:對求極值,即令,求出,則，30不可以。31 不考慮自旋時，當粒子在庫侖場中運動時，束縛態(tài)能級可表示為，其簡并度為。若考慮粒子的自旋為，則的簡并度為。32 粒子在奏力場中運動時，Hamilton算符為：，則有

13、：，又因角動量不顯含時間，得、角動量守恒。33舊量子論給出線性諧振子的基態(tài)能量為零而量子力學認為其基態(tài)有能量，為；另外，量子力學表明，在舊量子論中粒子出現(xiàn)區(qū)域以外也有發(fā)現(xiàn)粒子的可能。34在氫原子外場作用下，譜線（）發(fā)生分裂（變成3條）的現(xiàn)象。35。36波函數(shù)的量綱由坐標的維數(shù)來決定。對一維、二維、三維，的量綱分別為、，則波函數(shù)的量綱依次為、。37 ，不是厄米算符，是厄米算符。因為38 證明：可證明算符對于能量本征態(tài)的作用結果是： (1)為待定系數(shù)。上式的共軛方程是： (2)式(1)和(2)相乘（取內(nèi)積）并利用已知條件，即得： 適當選擇態(tài)矢量的相因子()，總可使和為非負實數(shù)。因此，故得證。39

14、利用量子力學的含時微擾論，可以直接計算出受激發(fā)射系數(shù)和受激吸收系數(shù)；但由于沒有考慮到電磁場的量子化（即量子力學中的二次量子化），自發(fā)躍遷系數(shù)不能直接被推導出來，可在量子電動力學（QED）中計算出。40 以表示與之和：；算符相互對易、有共同本征矢，和表明和的對應本征值依次為和。組成正交歸一完全系，以它們?yōu)榛傅谋硐蠓Q為耦合表象。41、 是。且 是線性厄米算符。42、幾率流密度與幾率密度滿足的連續(xù)性方程為：43、 44、一級近似下，由初態(tài)躍遷到終態(tài)的幾率為：其中，。45、相互對易，有共同的本征態(tài)，則該本征態(tài)對應的表象為無耦合表象。46線性諧振子定態(tài)波函數(shù)的遞推公式： ，其中，為線性諧振子定態(tài)波函數(shù)

15、，。47不是，因為。48在本征值分立的基組中，厄米算符是厄米矩陣。49為了使越遷幾率不為零，一定對量子數(shù)做了某些限止，這些限止即為選擇定則。50。51束縛態(tài):能量小于勢壘高度，粒子被約束在有限的空間內(nèi)運動，它的波函數(shù)在無限遠處為零。52，53當不顯示時間t，設代入含時薛定諤方程，分離變量得：這個等式左邊只是t的函數(shù)，右邊只是的函數(shù)，而t和是相互獨立的變量，所以只有當兩邊都等于同一常量時，等式才能滿足。以表示這個常量，由等式右邊等于，有： 此即為定態(tài)薛定諤方程。5對于氫原子，其偶極躍遷的選擇定則對主量子數(shù)n沒有限制，因為在計算躍遷幾率時，與主量子數(shù)有關的積分在和取任何整數(shù)值時均不恒等于零。5在初

16、等量子力學中，自旋是作為一個基本假定引入的。56不一定能歸一化，因為波函數(shù)滿足的方程不是線性方程時， 與表示的就不一定是同一態(tài)。57在動量表象中：，58滿足的算符為幺正算符。59因為光波中的磁場對電子作用的能量約為電場對電子作用能量的，所以忽略了磁場對電子的作用。60 四行一列。61德布羅意關系：自由粒子的德布羅意波：62由得：令得63首先求解力學量F的本征方程：，然后將按F的本征態(tài)展開：，則F的可能值為，的幾率為，F(xiàn)在范圍內(nèi)的幾率為。64 可以適用。65自旋是一種內(nèi)稟角動量，并不是自轉。66光是粒子和波的統(tǒng)一。67不一定，只有在它們共同的本征態(tài)下才能同時確定。68球諧振子能級，(；) 的簡并

17、度為。69不一定。偶極近似下的結果才為，在多極近似下或精確解時也可能會實現(xiàn)。70克萊布希高豋系數(shù)是為了實現(xiàn)無耦合表象和耦合表象之間的變換而提出的。71、與在球坐標系下為同一點,根據(jù)波函數(shù)的單值性,同一點應具有同一值,故球坐標系下波函數(shù)為進動角的周期函數(shù).72、二維定態(tài)薛定諤方程:.令,.可得73、設有一組彼此獨立而又相互對易的厄米算符,它們的共同本征函數(shù)記為(是一組量子數(shù)的籠統(tǒng)記號).若給定之后就能夠確定體系的一個可能狀態(tài),則構成體系的一組力學量完全集.力學量完全集中厄米算符的數(shù)目與體系的自由度數(shù)相同.74、氫原子在外電場作用下所產(chǎn)生的譜線分裂現(xiàn)象,稱為氫原子的stark效應.加入外電場后,勢

18、場的對稱性受到破壞,能級發(fā)生分裂,使簡并部分被消除,可用簡并情況下的微擾理論來處理.在一級stark效應中,由于通常情況下,外電場強度比起原子內(nèi)部的電場強度要小得多,故可以把外電場看作微擾.75、將代入自旋角動量定義式得,即算符不滿足角動量定義式.76經(jīng)典物理無法解釋近代物理出現(xiàn)的黑體輻射，光電效應，原子光譜與原子結構等問題。在Plank, Einstein, Bohr, de Broglie 等的基礎上，Heisenberge, Schrodinger, 分別提出矩陣力學、波動力學，經(jīng)Dirac, Pauli等人的完善發(fā)展形成了當今的量子力學。77 ， ， 78不一定成立，僅當時成立。因為角

19、動量的本征態(tài)（對應量子數(shù)l）是關于角向正交歸一的。79不適用，很大時，可能很小， 不成立， 不能看作微擾。對定態(tài)簡并情形也一樣。80，自旋按后者定義81 由 x量綱為L 知，的量綱為L-1。82 在定態(tài)問題中， ，即定態(tài)能量的最小值不可能低于勢能的最小值。83 一維線性諧振子能量本征值方程 ，其中 引入產(chǎn)生、消滅算符 因 故 ， 以符號表示，則，算符的本征值為n,以為基矢的表象稱為占有數(shù)表象。84令,則,若則,有,即為厄米算符。85 在量子躍遷問題中，一級近似時忽略光波中磁場對原子的作用能，并假設光波長遠大于原子線度，得出躍遷幾率，其中為電子偶極矩，故稱此種近似處理方法為偶極近似。86、舊量子

20、理論有下列不足：其角動量量子化的假設很生硬；比氫原子稍復雜的體系解釋的不好；即使是氫原子，對其譜線強度也無能為力。 量子力學的優(yōu)點：量子化是解方程得出的很自然的結果；可以解釋比氫原子更復雜的原子；對于氫原子不僅可以給出譜線的位置，也可以給出譜線的強度。87、設的本征值為，本征函數(shù)，其中. 88、一個物理體系存在束縛態(tài)的條件是：存在能量值，其大小小于無窮遠處的勢能，且對應該能量的方程存在滿足無窮遠處為零的邊界條件的解。89、一個抽象的希爾伯特空間中的矢量可以按照不同的完備基展開,稱為不同的表象.設力學量完全集A的共同正交歸一本征函數(shù)組為，力學量完全集B的共同正交歸一本征函數(shù)組為,將用展開得到基矢

21、的變換規(guī)則：，以為矩陣元的矩陣為變換矩陣滿足。把矢量用兩組基展開,坐標分量的變換規(guī)則為,力學量在不同表象下的矩陣元之間的變換規(guī)則為,即.90、由于和對易，故91舊量子論即玻爾(Bohr)的量子論（穩(wěn)恒軌道定態(tài)躍遷量子化條件）加上索末菲(Sommerfeld)在此基礎上的推廣，故亦稱玻爾理論或玻爾與索末菲的理論.由于經(jīng)典理論在兩者的頭腦中已根深蒂固，這使得他們把量子力學的研究對象微觀粒子（電子，原子等）看作經(jīng)典力學中的質點，進而把經(jīng)典力學的規(guī)律用在微觀粒子上. 這樣，就造成了舊量子論存在以下幾點不足： “角動量是的整數(shù)倍”這一量子化條件很生硬.只能很好解釋氫原子或較好解釋只有一個價電子（Li,N

22、a,K等）的光譜結構，而對于稍復雜例如簡單程度僅次于氫原子的氦原子，則已無能為力.即使對于氫原子，也只能求其譜線頻率，而不能求其強度.92 由于量子力學在描述微觀粒子的運動時，認為它沒有確定的軌道，而是用波函數(shù)絕對值的平方表示粒子在空間各處出現(xiàn)的（相對）幾率. 因此在解釋原子中電子的運動時，量子力學可用電子云圖形象地表示出電子在空間各處出現(xiàn)的幾率. 基于此，對于舊量子論中氫原子的“軌道”，量子力學解釋為電子在原子核周圍運動的徑向幾率密度最大處.93由知，算符不對易. 但在態(tài)中，由 得到；在此態(tài)中地位平等，得.即兩個不對易的力學量不一定不能同時確定.實際上“在角動量的任何一個直角坐標分量()的本

23、征態(tài)下， 的另外兩個分量()的平均值均為0.”參見錢伯初與曾謹言所著量子力學習題精選與剖析(第二版)第165頁.94在量子力學的近似方法中,微擾法有一定的適用范圍,即當其中的部分的本征值與本證函數(shù)未知,或不是很小時,微擾法就不再適用.變分法不受上述條件的制約,但在求解基態(tài)以上近似時則相當麻煩,故只常用來求解基態(tài)能級與基態(tài)波函數(shù).其基本思想是:對于某一確定體系,用任意波函數(shù)計算出的的平均值總是大于體系的基態(tài)能量,而只有當恰好是體系的基態(tài)波函數(shù)時, 的平均值才等于基態(tài)的能量,相應的波函數(shù)為基態(tài)波函數(shù).這樣,我們可以選取許多并計算出相應的平均值,這些平均值中最小的一個最接近于.基于此,用變分法求基態(tài)

24、能量和基態(tài)波函數(shù)的步驟為: 取含參量,歸一化,且有物理意義的嘗試波函數(shù), 求平均值, 求極小值:, 得基態(tài)能量, 基態(tài)波函數(shù).需要注意的是,在選嘗試波函數(shù)時,需要許多技巧.95在表象下.電子的三個泡利(Pauli)矩陣為： .96同人們理解所有基本概念的過程一樣,人們對物質粒子波動性的理解也并非一帆風順：由于深受經(jīng)典概念的影響,包括波動力學的創(chuàng)始人在內(nèi),他們把電子衍射實驗中的電子波看成三維空間中連續(xù)分布的某種物質波包,波包的大小即電子的大小,波包的群速度即電子的運動速度.但這種觀點連自由粒子的運動都無法解釋:隨著時間的推移,與自由粒子對應的物質波包必然要擴散,即導致粒子越來越“胖”,這與實際相

25、矛盾;物質波包的觀點夸大了波動性的一面,抹殺了粒子性的一面,帶有片面性;與物質波包相反的另一種看法是,波動性是由于有大量粒子分布于空間而形成的疏密波.但電子衍射實驗表明:即使是單個電子也具有波動性.這種觀點夸大了粒子性的一面,而抹殺了粒子具有波動性的一面.以上觀點的局限在于試圖用經(jīng)典的觀點給予解釋.經(jīng)典力學中說到一個“粒子”時,意味著一個具有一定質量和電荷等屬性的客體,物質粒子的這種“原子性”是實驗證實了的.而粒子具有完全確定軌道的看法在宏觀世界里則只是一個很好的近似,無限精確的軌道概念從來也沒有為實驗所驗證過;經(jīng)典力學中說到一個“波動”時,總是意味著某種實在的物理量的周期性空間分布.但實際上

26、,更本質的在于波的相干疊加性.分析電子衍射實驗可知,電子所呈現(xiàn)出來的粒子性,只是經(jīng)典粒子概念中的“原子性”,而并不與“粒子具有確定的軌道”的概念相聯(lián)系;電子所呈現(xiàn)的波動性，也只不過是波動最本質的東西波的疊加性，而不與某種實在的物理量在空間的波動相聯(lián)系.把粒子性與波動性統(tǒng)一起來,更確切的說,把微觀粒子的“原子性”與波的“疊加性”統(tǒng)一起來的是M.Born(1928),他在用薛定諤方程處理散射問題時為解決散射粒子的角分布而提出了波函數(shù)的統(tǒng)計解釋：波函數(shù)在空間中某一點的強度和在該點找到粒子的幾率成比例.即描寫粒子的波為幾率波.97定態(tài)薛定諤方程:.取其復共軛:, (為實數(shù),且)即也是對應同一本征能級的解.如果能級不兼并,則與是同一量子態(tài),故可設(c為常數(shù)).取復共軛:,為實數(shù),取相位,則即可以取為實數(shù).98我們知道,幾何中的矢量,經(jīng)典力學中的規(guī)律,都和所選坐標系無關.同樣量子力學的規(guī)律也應和所選用的表象無關,態(tài)和力學量的描述可以不涉及具體表象,為此Dirac最先引入了狄拉克符號.99前提是中:已解出, 是小量.理論適用條件: .即不僅決定于矩陣元的大小,還決定于能級間的距離,