Równanie Schrödingera

Podobne dokumenty
Mechanika Kwantowa. Maciej J. Mrowiński. 24 grudnia Funkcja falowa opisująca stan pewnej cząstki ma następującą postać: 2 x 2 )

Rozwiązania zadań z podstaw fizyki kwantowej

gęstością prawdopodobieństwa

Elementy mechaniki kwantowej. Mechanika kwantowa co to jest? Funkcja falowa Równanie Schrödingera

Elementy mechaniki kwantowej. Mechanika kwantowa co to jest? Fale materii hipoteza de Broglie'a Funkcja falowa Równanie Schrödingera

Mechanika kwantowa. Erwin Schrödinger ( ) Werner Heisenberg

RÓWNANIE SCHRÖDINGERA NIEZALEŻNE OD CZASU

IX. MECHANIKA (FIZYKA) KWANTOWA

Nieskończona jednowymiarowa studnia potencjału

Zasada nieoznaczoności Heisenberga

Zad Sprawdzić, czy dana funkcja jest funkcją własną danego operatora. Jeśli tak, znaleźć wartość własną funkcji.

Jak matematycznie opisać własności falowe materii? Czym są fale materii?

Jak matematycznie opisać własności falowe materii? Czym są fale materii?

Funkcje trygonometryczne. XX LO (wrzesień 2016) Matematyka elementarna Temat #5 1 / 14

POSTULATY MECHANIKI KWANTOWEJ cd i formalizm matematyczny

Dualizm korpuskularno falowy

Równanie Schrödingera

Algebra liniowa II. Lista 1. 1 u w 0 1 v 0 0 1

Chemia ogólna - część I: Atomy i cząsteczki

Równanie falowe Schrödingera ( ) ( ) Prostokątna studnia potencjału o skończonej głębokości. i 2 =-1 jednostka urojona. Ψ t. V x.

Elementy mechaniki kwantowej. Mechanika kwantowa co to jest? Fale materii hipoteza de Broglie'a Funkcja falowa Równanie Schrödingera

Granica i ciągłość funkcji. 1 Granica funkcji rzeczywistej jednej zmiennej rzeczywsitej

PODSTAWY MECHANIKI KWANTOWEJ

1 Relacje i odwzorowania

Efekt Comptona. Efektem Comptona nazywamy zmianę długości fali elektromagnetycznej w wyniku rozpraszania jej na swobodnych elektronach

FALE MATERII. De Broglie, na podstawie analogii optycznych, w roku 1924 wysunął hipotezę, że

r. akad. 2012/2013 wykład III-IV Mechanika kwantowa Podstawy Procesów i Konstrukcji Inżynierskich Mechanika kwantowa

Czastka swobodna Bariera potencja lu Pud lo jednowymiarowe FEMO Pud la wielowymiarowe. Wyk lad 3. Uk lady modelowe I

V. RÓWNANIA MECHANIKI KWANTOWEJ

Metody Lagrange a i Hamiltona w Mechanice

Wykład 13 Mechanika Kwantowa

TRYGONOMETRIA. 1. Definicje i własności funkcji trygonometrycznych

1 + x 1 x 1 + x + 1 x. dla x 0.. Korzystając z otrzymanego wykresu wyznaczyć funkcję g(m) wyrażającą liczbę pierwiastków równania.

1.1 Przegląd wybranych równań i modeli fizycznych. , u x1 x 2

2 1 3 c c1. e 1, e 2,..., e n A= e 1 e 2...e n [ ] M. Przybycień Matematyczne Metody Fizyki I

Granica i ciągłość funkcji. 1 Granica funkcji rzeczywistej jednej zmiennej rzeczywistej

Zagadnienia brzegowe dla równań eliptycznych

Postulaty mechaniki kwantowej

Blok V: Ciągi. Różniczkowanie i całkowanie. c) c n = 1 ( 1)n n. d) a n = 1 3, a n+1 = 3 n a n. e) a 1 = 1, a n+1 = a n + ( 1) n

ZADANIA ZAMKNIETE W zadaniach 1-25 wybierz i zaznacz na karcie odpowiedzi poprawna

II. POSTULATY MECHANIKI KWANTOWEJ W JĘZYKU WEKTORÓW STANU. Janusz Adamowski

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 26, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

Ciało doskonale czarne absorbuje całkowicie padające promieniowanie. Parametry promieniowania ciała doskonale czarnego zależą tylko jego temperatury.

Rozdział 8. Analiza fourierowska. 8.1 Rozwinięcie w szereg Fouriera

1. Matematyka Fizyki Kwantowej: Cześć Druga

3 1 + i 1 i i 1 2i 2. Wyznaczyć macierze spełniające własność komutacji: [A, X] = B

Metody rozwiązania równania Schrödingera

Równania różniczkowe liniowe wyższych rzędów o stałych współcz

Mechanika kwantowa ćwiczenia, 2007/2008, Zestaw II

Zadania egzaminacyjne

Indukcja matematyczna

Matematyka. rok akademicki 2008/2009, semestr zimowy. Konwersatorium 1. Własności funkcji

Mechanika klasyczna zasada zachowania energii. W obszarze I cząstka biegnie z prędkością v I, Cząstka przechodzi z obszaru I do II.

Układy równań i równania wyższych rzędów

wartość oczekiwana choinki

Metody Lagrange a i Hamiltona w Mechanice

SIMR 2016/2017, Analiza 2, wykład 1, Przestrzeń wektorowa

Geometria Lista 0 Zadanie 1

Równania różniczkowe cząstkowe drugiego rzędu

n=0 (n + r)a n x n+r 1 (n + r)(n + r 1)a n x n+r 2. Wykorzystując te obliczenia otrzymujemy, że lewa strona równania (1) jest równa

Jednowymiarowa mechanika kwantowa Rozpraszanie na potencjale Na początek rozważmy najprostszy przypadek: próg potencjału

Całki nieoznaczone. 1 Własności. 2 Wzory podstawowe. Adam Gregosiewicz 27 maja a) Jeżeli F (x) = f(x), to f(x)dx = F (x) + C,

Blok III: Funkcje elementarne. e) y = 1 3 x. f) y = x. g) y = 2x. h) y = 3x. c) y = 3x + 2. d) y = x 3. c) y = x. d) y = x.

Matematyka rozszerzona matura 2017

Zajęcia nr 1 (1h) Dwumian Newtona. Indukcja. Zajęcia nr 2 i 3 (4h) Trygonometria

Równania i nierówności trygonometryczne

Wykład 16. P 2 (x 2, y 2 ) P 1 (x 1, y 1 ) OX. Odległość tych punktów wyraża się wzorem: P 1 P 2 = (x 1 x 2 ) 2 + (y 1 y 2 ) 2

5 Reprezentacje połozeniowa i pedowa

15 Potencjały sferycznie symetryczne

Co to jest wektor? Jest to obiekt posiadający: moduł (długość), kierunek wraz ze zwrotem.

1 Rozwiązywanie układów równań. Wyznaczniki. 2 Wektory kilka faktów użytkowych

Zadania do Rozdziału X

że w wyniku pomiaru zmiennej dynamicznej A, której odpowiada operator αˆ otrzymana zostanie wartość 2.41?

VI. Równania różniczkowe liniowe wyższych rzędów

Fizyka 3.3 WYKŁAD II

Lista. Przestrzenie liniowe. Zadanie 1 Sprawdź, czy (V, +, ) jest przestrzenią liniową nadr :

Numeryczne rozwiązanie równania Schrodingera

Wykład Budowa atomu 2

Michał Praszałowicz, pok strona www: th- wykład 3 godz. za wyjątkiem listopada Egzamin: esej max.

Prędkość fazowa i grupowa fali elektromagnetycznej w falowodzie

Wykład z modelowania matematycznego. Przykłady modelowania w mechanice i elektrotechnice.

Wykład 21: Studnie i bariery cz.1.

1 Formy hermitowskie. GAL (Informatyka) Wykład - formy hermitowskie. Paweł Bechler

MECHANIKA 2 RUCH POSTĘPOWY I OBROTOWY CIAŁA SZTYWNEGO. Wykład Nr 2. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Stara i nowa teoria kwantowa

Funkcje - monotoniczność, różnowartościowość, funkcje parzyste, nieparzyste, okresowe. Funkcja liniowa.

11 Przybliżenie semiklasyczne

PRÓBNY EGZAMIN MATURALNY

PODSTAWY MECHANIKI KWANTOWEJ

z = x + i y := e i ϕ z. cos ϕ sin ϕ = sin ϕ cos ϕ

3.1 Zagadnienie brzegowo-początkowe dla struny ograniczonej. = f(x, t) dla x [0; l], l > 0, t > 0 (3.1)

I. Pochodna i różniczka funkcji jednej zmiennej. 1. Definicja pochodnej funkcji i jej interpretacja fizyczna. Istnienie pochodnej funkcji.

27. RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE CZĄSTKOWE

czastkowych Państwo przyk ladowe zadania z rozwiazaniami: karpinw adres strony www, na której znajda

5 Równania różniczkowe zwyczajne rzędu drugiego

Definicja i własności wartości bezwzględnej.

Fizyka 3. Konsultacje: p. 329, Mechatronika

Symetrie i prawa zachowania Wykład 6

Przestrzeń unitarna. Jacek Kłopotowski. 23 października Katedra Matematyki i Ekonomii Matematycznej SGH

Transkrypt:

Równanie Schrödingera Maciej J. Mrowiński 29 lutego 2012 Zadanie RS1 Funkcja falowa opisująca stan pewnej cząstki w chwili t = 0 ma następującą postać: A(a Ψ(x,0) = 2 x 2 ) gdy x [ a,a] 0 gdy x / [ a,a] gdzie a +. Wyznacz stałą A. Jakie jest średnie położenie i pęd cząstki w chwili t = 0? Odpowiedź: A = 15, x = 0, p = 0 16a 5 Zadanie RS2 Funkcja falowa opisująca stan pewnej cząstki ma następującą postać: Ψ(x, t) = Ae λ x iωt gdzie λ +, ω +. Wyznacz stałą A. Jakie jest średnie położenie i średni kwadrat położenia cząstki? Odpowiedź: A = λ, x = 0, x 2 = 1 2λ 2 Zadanie RS3 W nieskończonej studni potencjału, zdefiniowanej na przedziale x [ a, a], znajduje się cząstka w stanie opisywanym funkcją falową: ψ(x) = Asin 2 πx 2a Wyznacz stałą A i średnią energię kinetyczną cząstki w tym stanie. Odpowiedź: A 2 = 4 3a, < T >= π2 2 6ma 2 Skompilowane z wielu źródeł. Tylko do użytku na zajęciach. 1

Zadanie RS4 0 a Wyznacz unormowane stany stacjonarne i dozwolone wartości energii dla cząstki znajdującej się w nieskończonej studni potencjału o szerokości a (patrz rysunek) przy założeniu, że energia cząstki E > 0. Wykaż, że te stany stacjonarne spełniają zasadę nieoznaczoności. Odpowiedź: Ψ n (x, t) = 2 a sin nπ a x e i n2π2 2ma 2 t, E n = n2 π 2 2 2ma 2 Zadanie RS5 Wyznacz unormowane stany stacjonarne i dozwolone wartości energii dla cząstki znajdującej się w trójwymiarowej, nieskończonej studni potencjału (czyli w pudełku): 0 dla r [0,a] [0, b] [0, c] V (r) = w pozostałych przypadkach przy założeniu, że energia cząstki E > 0. Odpowiedź: Ψ nx,n y,n z (x, y, z, t) = 8 ab c sin n x π a E nx,n y,n z = 2 π 2 nx 2 ny 2 nz 2 2m a + b + c x sin n y π b y sin n z π z e ie nx,n y,n z t, c Zadanie RS6 Iloczyn skalarny dwóch funkcji falowych Ψ 1 i Ψ 2 może zostać zdefiniowany w następujący sposób: (Ψ 1,Ψ 2 ) = Ψ Ψ 1 2 dx przy czym granica tej całki zależy od kontekstu (na przykład dziedziny lub okresu funkcji Ψ 1 i Ψ 2 ). Wykaż, że tak zdefiniowany iloczyn skalarny jest odwzorowaniem addytywnym względem obu parametrów: (Ψ 1,Ψ 2 + Ψ 3 ) = (Ψ 1,Ψ 2 ) + (Ψ 1,Ψ 3 ) (Ψ 1 + Ψ 3,Ψ 2 ) = (Ψ 1,Ψ 2 ) + (Ψ 3,Ψ 2 ) Wykaż również, że zachodzą następujące równości dla dowolnego c : (Ψ 1, cψ 2 ) = c (Ψ 1,Ψ 2 ) (cψ 1,Ψ 2 ) = c (Ψ 1,Ψ 2 ) 2

Zadanie RS7 Dyskretną bazą ortonormalną nazywamy zbiór funkcji {u n (x)} (u n :, n ), pomiędzy którymi zachodzi, między innymi, następująca zależność (ortonormalność): un, u m = δn,m Wykaż, że rozwiązania niezależnego od czasu równania Schrödingera dla cząstki w nieskończonej studni potencjału (zadanie RS4) spełniają ten warunek. Zadanie RS8 Załóżmy, że funkcje falowe Ψ 1 (x, t) i Ψ 2 (x, t) są rozwiązaniami równania Schrödingera. Udowodnij, że funkcja falowa Ψ 3 (x, t) będąca ich liniową kombinacją: Ψ 3 (x, t) = c 1 Ψ 1 (x, t) + c 2 Ψ 2 (x, t) gdzie c 1 i c 2 to dowolne stałe, jest również rozwiązaniem równania Schrödingera. Ile będą wynosiły iloczyny skalarne (Ψ 1,Ψ 3 ), (Ψ 2,Ψ 3 ) i (Ψ 3,Ψ 3 ), jeżeli funkcje falowe Ψ 1 i Ψ 2 są ortonormalne (zadanie RS7)? Odpowiedź: (Ψ 1,Ψ 3 ) = c 1, (Ψ 2,Ψ 3 ) = c 2, (Ψ 3,Ψ 3 ) = c 1 2 + c 2 2 (tu warto zauważyć, że jest to z definicji całka kwadratu modułu Ψ 3 ) Zadanie RS9 Najbardziej ogólne rozwiązanie równania Schrödingera, z uwagi na jego liniowość, dla cząstki w nieskończonej studni potencjału (zadanie RS4) może zostać przedstawione jako superpozycja wielu stanów stacjonarnych (zadanie RS8): Ψ(x, t) = n c n Ψ n (x, t) gdzie Ψ n (x, t) to n-ty stan stacjonarny, a c n to pewna stała (waga). Załóżmy, że dla pewnej cząstki w nieskończonej studni potencjału o szerokości a (V = 0 gdy x [0,a], V = gdy x / [0,a]) kształt funkcji falowej w chwili t = 0 dany jest w następujący sposób: Ψ(x,0) = Ax(a x) Wyznacz dla tej cząstki stałą A i poszczególne wartości współczynników c n. Podpowiedź: przy wyznaczaniu c n należy skorzystać z ortogonalności stanów stacjonarnych (patrz zadania RS7, RS8) - problem ten jest analogiczny do wyznaczania współczynników wektora w pewnej ortonormalnej bazie (gdyż, w istocie, jest to dokładnie wyznaczanie współczynników wektora w pewnej ortonormalnej bazie - naszym wektorem jest funkcja falowa a bazą poszczególne stany stacjonarne). Odpowiedź: A = 30, c a 5 n = 8 15 (nπ) 3 gdy n jest nieparzyste 0 gdy gdy n jest parzyste 3

Zadanie RS10 Po jakim czasie cząstka w nieskończonej studni potencjału znajdzie się znowu w stanie początkowym: Ψ(x,T ) = Ψ(x,0) jeżeli w chwili początkowej znajdowała się w dowolnym stanie Ψ(x, 0) (niekoniecznie stacjonarnym)? Odpowiedź: T = 4ma2 π Zadanie RS11 Wyznacz wzór na prąd prawdopodobieństwa j (x, t): j (x, t) = Ψ Ψ 2mi x Ψ x Ψ różniczkując gęstość prawdopodobieństwa Ψ 2 po czasie i używając równania Schrödingera do zamiany pochodnych na pochodne po położeniu. Zadanie RS12 Wyznacz prąd prawdopodobieństwa (zadanie RS11) dla funkcji falowej: ±i k x iωt Ψ(x, t) = Ae Odpowiedź: j (x, t) = ± k m A 2 Zadanie RS13 Wyznacz prąd prawdopodobieństwa (zadanie RS11) dla cząstki w nieskończonej studni potencjału o szerokości a (zadanie RS4), jeżeli cząstka znajduje się w n-tym stanie stacjonarnym: 2 nπ Ψ n (x, t) = a sin a x e ie n t gdzie E n = n2 π 2 2 2ma 2 Jaki będzie prąd prawdopodobieństwa w przypadku cząstki znajdującej się w stanie będącym następującą liniową kombinacją n-tego i m-tego stanu stacjonarnego: Ψ n,m (x, t) = 1 2 Ψn (x, t) + Ψ m (x, t) 4

Odpowiedź: j n (x, t) = 0, j n,m (x, t) = π (n + m)sin (n m)πx (n m)sin (n+m)πx sin (E n E m )t 2ma 2 a a Zadanie RS14 V 0 0 Wyznacz, korzystając z prądu prawdopodobieństwa, współczynnik odbicia R i transmisji T dla stopnia potencjału o wysokości V 0 w przypadku kiedy energia E > V 0 i E [0,V 0 [. Odpowiedź: dla E > V 0 : R = ( k 2 )2, T = 4 k 2, k ( +k 2 ) 2 ( +k 2 ) 2 1 = E [0,V 0 [: R = 1, T = 0 2mE, k 2 = 2m(E V0 ) ; dla Zadanie RS15 0 Wyznacz współczynnik odbicia R i transmisji T dla odwróconego stopnia potencjału o głębokości V 0 w przypadku, kiedy energia E > 0. Odpowiedź: R = ( k 2 )2, T = 4 k 2m(E+V0 ) 2, k ( +k 2 ) 2 ( +k 2 ) 2 1 =, k 2 = 2mE -V 0 Zadanie RS16 0 -a a Wyznacz parzyste i nieparzyste unormowane rozwiązania niezależnego od czasu równania Schrödingera dla cząstki o energii E ] V 0,0[ znajdującej się w skończonej studni potencjału o głębokości V 0 i szerokości 2a. Znajdź, w obu przypadkach, równania na dopuszczalne wartości energii (uwaga: równań tych nie daje się analitycznie rozwikłać). Dla energii E > 0 znajdź współczynnik transmisji. Dla jakich wartości energii fala całkowicie przejdzie przez barierę (studnię)? -V 0 5

Odpowiedź: Rozwiązania parzyste: ψ(x) = e a cos k 2 a e x gdy x ], a[ cos k 2 x gdy x [ a, a] e a cos k 2 a e x gdy x ]a, [ Warunek dla energii stanów parzystych: = k 2 tg k 2 a e a sin k 2 a e x gdy x ], a[ sin k 2 x Rozwiązania nieparzyste: ψ(x) = e a sin k 2 a e x gdy x [ a, a] gdy x ]a, [ Warunek dla energii stanów nieparzystych: = k 2 ctg k 2 a T = 1 + V 2 0 4E(E+V 0 ) sin2 2a 2m(E + V0 ) 1 E n + V 0 = n2 2 π 2 8ma 2 Zadanie RS17 Wyznacz unormowane stany stacjonarne i równanie na dopuszczalne poziomy energii dla cząstki w poruszającej się w potencjale: V 1 dla x [0,a] V (x) = V 2 dla x ]a, b] w pozostałych przypadkach gdzie V 2 > V 1 > 0. Załóż, że energia cząstki E > V 2. Jakie będzie prawdopodobieństwo tego, że cząstka znajdzie się w obszarze [0,a]? Odpowiedź: Asin k 1 x dla x [0,a] ψ(x) = A sin a sin k 2 β sin k 2 (b x) dla x ]a, b] 0 w pozostałych przypadkach k 2 ctg k 2 β + ctg a = 0, A 2 = a 2 p = A 2 a 1 sin2 a, β = b a 2 2 a 1 sin2 a 2 a + sin 2 a 2k 2 β sin2k 2 β, 2k 2 a sin 2 k 2 β 6

Zadanie RS18 Wyznacz równanie na dopuszczalne poziomy energii dla cząstki w poruszającej się w potencjale: V 1 dla x ],0] V V (x) = 2 dla x ]0, L[ V 3 dla x [L,+ [ gdzie V 1 > V 3 > V 2 > 0. Załóż, że energia cząstki V 2 < E < V 3. Odpowiedź: tg k 2 L = +k 3 k 2 k 3 k 2 Zadanie RS19 V 0 0 a Wyznacz współczynnik transmisji dla prostokątnej bariery potencjału o szerokości a i wysokości V 0 w przypadku, kiedy energia cząstki E > V 0, E = V 0 i 0 < E < V 0. Odpowiedź: k 2 2 1 1 E > V 0 : T = 1 + k2 2 2 k sin 2 k 2 2 a, = E = V 0 : T = 1 + ka 2 1, 2 k = 2mE 0 < E < V 0 : T = 1 + k 2 1 +k2 2 2 k 2 2 sinh 2 k 2 a 1, = 0 2mE 2m(E V0 ), k 2 = 2 2mE 2m(V0 E), k 2 = 2 Zadanie RS20 Cząstka o masie m porusza się w potencjale: gdy x ],0[ V (x) = 322 gdy x [0,a] ma 2 0 gdy x ]a, [ W ilu stanach o energii E [ 322 ma 2,0] może znaleźć się cząstka. Podpowiedź: końcówkę zadania należy rozwiązać graficznie. Odpowiedź: Istnieją 3 stany stacjonarne o energii E [ 322 ma 2,0]. 7

Zadanie RS21 Załóżmy, że rozwiązanie niezależnego od czasu równania Schrödingera ma następującą postać ψl (x) gdy x ], x ψ(x) = 0 [ ψ r (x) gdy x [x 0,+ [ Udowodnij, że dla dowolnego potencjału będącego funkcją V : ( V (x) < ), pierwsza pochodna ψ(x) musi być ciągła. Wykaż również, że możemy dokładnie określić jak zachowuje się nieciągłość pochodnej ψ(x) w przypadku deltoidalnego potencjału V (x) = cδ(x x 0 ). Podpowiedź: w obu przypadkach należy obustronnie scałkować niezależne od czasu równanie Schrödingera w najbliższym otoczeniu punktu x 0. Odpowiedź: dψ r dψ l 0 gdy V (x) zachowuje się przyzwoicie = dx x=x0 dx 2mc ψ(x x=x0 2 0 ) nieciągłość dla potencjału deltoidalnego Zadanie RS22 Wyznacz stany stacjonarne i dopuszczalne wartości energii dla cząstki w potencjale deltoidalnym V (x) = αδ(x), której energia E < 0. Dla energii E > 0 wyznacz współczynnik transmisji i odbicia. Pamiętaj, że w punkcie x = 0 pierwsza pochodna funkcji falowej nie będzie ciągła z uwagi na deltoidalny potencjał (zadanie RS21). Odpowiedź: Ψ(x, y) = mα e mα 2 x ie t, E = mα2 (istnieje tylko jeden stan stacjonarny!) 2 2 R = 1 + 22 E 1, mα T = 1 + mα 2 1 2 2 2 E Zadanie RS23 Wyznacz równanie na dopuszczalne poziomy energii dla cząstki poruszającej się w potencjale niesymetrycznej studni z barierą deltoidalną: V 1 dla x [0,a[ cδ(x) dla x = a V (x) = V 2 dla x ]a, b] w pozostałych przypadkach gdzie V 2 > V 1 > 0. Załóż, że energia cząstki E > V 2. Odpowiedź: k 2 ctg k 2 β + ctg a = 2mc, β = b a 2 8

Zadanie RS24 Wyznacz równanie na dopuszczalne poziomy energetyczne dla cząstki znajdującej się w potencjale V (x) = α [δ(x) + δ(x l )] (α, l + ), jeżeli jej energia E < 0. 2, Odpowiedź: e 2kl = 1 2k β k = 2mE, β = 2mα 2 Zadanie RS25 Wyznacz równanie na dopuszczalne poziomy energetyczne dla cząstki znajdującej się w potencjale V (x) = α [δ(x a) + δ(x + a)] (α,a + ), jeżeli jej energia E < 0. Dla E > 0 wyznacz współczynnik transmisji. Odpowiedź: Dla rozwiązań parzystych: e 2ka = k 2 mα 1, dla rozwiązań nieparzystych: e 2ka = 1 k 2 mα, gdzie k = 2mE ; T = δ = 2 k 2mα 8δ 2 8δ 4 +4δ 2 +1+(4δ 2 1)cos(4ka)+4δ sin(4ka), Zadanie RS26 Wyznacz unormowane stany stacjonarne i dopuszczalne poziomy energii dla cząstki swobodnej poruszającej się po okręgu, którego obwód wynosi L. Podpowiedź: Rozwiązania elementarne będą dwa - jedno dla ruchu zgodnie i jedno dla ruchu przeciwnie do wskazówek zegara. Odpowiedź: ψ ± n (x) = 1 L e ± 2πnx L, E = 2n2 π 2 2 ml 2 Zadanie RS27 Wyznacz ogólne rozwiązanie równania Schrödingera dla cząstki swobodnej. Odpowiedź: Ψ(x, t) = 1 + k φ(k)e i x k2 2m t d k 2π Zadanie RS28 Wyznacz Ψ(x, t) dla cząstki swobodnej, jeżeli w chwili początkowej jej funkcja falowa miała postać: A gdy x ] a,a[ Ψ(x,0) = 0 gdy x / ] a,a[ Dobierz stałą A tak, aby funkcja falowa była unormowana. Odpowiedź: Ψ(x, t) = 1 + sin ka k e i x k2 2m t d k 2aπ k 9

Zadanie RS29 Wyznacz Ψ(x, t) dla cząstki swobodnej, jeżeli w chwili początkowej jej funkcja falowa miała postać: Ψ(x,0) = Ae a x gdzie a i A to dodatnie, rzeczywiste stałe (A nie jest znana). k x k2 2m t d k Odpowiedź: Ψ(x, t) = a3/2 π + 1 e i k 2 +a 2 Zadanie RS30 Wyznacz Ψ(x, t) dla cząstki swobodnej, jeżeli w chwili początkowej jej funkcja falowa miała postać (paczka Gaussowska): Ψ(x,0) = Ae ax2 gdzie a i A to dodatnie, rzeczywiste stałe (A nie jest znana). Wyznacz również Ψ 2 i wariancję położenia oraz pędu cząstki. Sprawdź, czy zasada nieoznaczoności jest spełniona. Odpowiedź: Ψ(x, t) = 2a 1/4 1 π σ x σ p = 2 1 + θ 2, θ = 2hat m 1+ 2i t a m e ax 2 1+ 2i t a m, σ 2 x = 1+θ2 4a, σ 2 p = a2, 10