无限深方形阱( 二 )


无限深方形阱

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与本徵值
无限深方形阱

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分别为
无限深方形阱

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无限深方形阱

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其中,
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是正值的整数,h是普朗克常数,m是粒子质量 。导引一维不含时薛丁格方程可以表达为
无限深方形阱

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其中,
无限深方形阱

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是复值的、不含时间的波函式,V(x)是跟位置有关的位势,E是正值的能量 。在阱内,位势V(x)=0 。一维不含时薛丁格方程约化为
无限深方形阱

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这是一个已经经过颇多研究的二阶常微分方程 。一般解本徵函式
无限深方形阱

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与本徵值E是
无限深方形阱

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无限深方形阱

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其中,A与B是常数,可以是复值,k是实值的波数(因为E是正值的,所以,k必须是实数 。) 。为了求得一般解
无限深方形阱

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的常数A,B,与波数k的值,必须具体表明这问题的边界条件 。由于粒子趋向于位势低的地区,位势越高,找到粒子的机率
无限深方形阱

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越小 。在x=0 ,x=L两个阱壁位置,位势无限的高,找到粒子的机率是微乎其微:
无限深方形阱

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。所以,边界条件是
无限深方形阱

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代入方程 (3a)。在x=0,可以得到
无限深方形阱

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在x=L,可以得到
无限深方形阱

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方程 (6) 的一个简易解是A=0 。可是,这样,波函式是
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。这意味着一个不可能的物理答案:粒子不在阱内 。所以,不能接受这简易解 。设定
无限深方形阱

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,则
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。那幺,必须要求
无限深方形阱

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其中,整数n>0 。注意到n=0状况必须被排除,因为,不能容许波函式是
无限深方形阱

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的物理答案:粒子不在阱内 。为了求得A值,波函式需要归一化,一个粒子必须存在于整个一维空间的某地方:
无限深方形阱

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常数A的值为
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常数A可以是任何複数,只要绝对值等于{\displaystyle {\sqrt {\frac {2}{L}}}};可是,这些不同值的A都对应于同样的物理状态 。所以,为了方便计算,选择{\displaystyle A={\sqrt {\frac {2}{L}}}} 。最后,将方程 (7) ,(8) 代入方程 (3a) ,(3b)。一维无限深方形阱问题的能量本徵方程与能量本徵值(能级)是