FYS2140 Kvantefysikk, Oblig 7. Sindre Rannem Bilden, Gruppe 4

Like dokumenter
FYS2140 Kvantefysikk, Løsningsforslag Oblig 7

FYS2140 Kvantefysikk, Oblig 8. Sindre Rannem Bilden, Gruppe 4

FYS2140 Kvantefysikk, Oblig 11. Sindre Rannem Bilden og Gruppe 4

Oppgave 2 Vi ser på et éndimensjonalt system hvor en av de stasjonære tilstandene ψ(x) er gitt som { 0 for x < 0, ψ(x) = Ne ax (1 e ax (1)

Løsningsforslag for FYS2140 Kvantemekanikk, Torsdag 16. august 2018

Obligatorisk oppgave nr 4 FYS Lars Kristian Henriksen UiO

FY1006/TFY4215 Innføring i kvantefysikk 26. mai 2016 Side 1 av 3

TFY4215 Innføring i kvantefysikk - Øving 2 1 ØVING 2. Krumningsegenskaper for endimensjonale energiegenfunksjoner

Løsningsforslag FYS2140 Hjemmeeksamen Vår 2015

B.1 Generelle egenskaper til energiegenfunksjoner

TFY4215 Innføring i kvantefysikk - Løsning øving 1 1 LØSNING ØVING 1

Eksamen i TFY4170 Fysikk 2 Mandag 12. desember :00 18:00

Enkel introduksjon til kvantemekanikken

FY1006/TFY Løsning øving 9 1 LØSNING ØVING 9

LØSNING ØVING 2. Løsning oppgave 5. TFY4215 Innføring i kvantefysikk - Løsning øving 2 1

FY2045/TFY4250 Kvantemekanikk I, løsning øving 2 1 LØSNING ØVING 2

FY1006/TFY Løsning øving 3 1 LØSNING ØVING 3. Ikke-stasjonær bokstilstand

FY1006/TFY Øving 3 1 ØVING 3. Gjør unna så mye du kan av dette før veiledningstimene, slik at disse kan brukes på utfordringene i denne øvingen.

FY2045/TFY4250 Kvantemekanikk I, øving 2 1 ØVING 2. nesten en posisjonsegentilstand

UNIVERSITETET I OSLO

FYS2140 Kvantefysikk, Oblig 3. Sindre Rannem Bilden,Gruppe 4

FY1006/TFY4215 Innføring i kvantefysikk - Øving 2 1 ØVING 2. Krumningseigenskapar for eindimensjonale energieigenfunksjonar

FYS2140 Hjemmeeksamen Vår Kandidat 11

TFY Løsning øving 5 1 LØSNING ØVING 5. Krumning og stykkevis konstante potensialer

FY1006/TFY4215 Innføring i kvantefysikk - Løysing øving 2 1 LØYSING ØVING 2. a) For grunntilstanden for den harmoniske oscillatoren har vi

FYS2140 Kvantefysikk. Løsningsforslag for Oblig 7

FYS2140 Hjemmeeksamen Vår 2014

Institutt for fysikk Fakultet for naturvitenskap og teknologi. Løsningsforslag til eksamen i TFY4170 Fysikk 2 Onsdag 6.

Løsningsforslag Eksamen 27. mai 2005 FY2045 Kvantefysikk

EKSAMEN I SIF4048 KJEMISK FYSIKK OG KVANTEMEKANIKK Tirsdag 13. august 2002 kl

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag Eksamen 14.desember 2011 FY2045/TFY4250 Kvantemekanikk I

Løsningsforslag Matematisk fysikk, 28. mai 2001

4. Viktige kvantemekaniske teoremer

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Løsning til øving 8 for FY1004, høsten 2007

4. Viktige kvantemekaniske teoremer

NTNU Fakultet for Naturvitskap og Teknologi Institutt for Fysikk Løysingsframlegg prøveeksamen TFY4215/FY1006 Innføring i Kvantemekanikk

FY1006/TFY4215 Innføring i kvantefysikk - Øving 1 1 ØVING 1. En liten briefing om forventningsverdier, usikkerheter osv

Figur 1: Skisse av Franck-Hertz eksperimentet. Hentet fra Wikimedia Commons.

Løsning til øving 23 for FY1004, våren 2008

EKSAMENSOPPGAVE. Eksamen i: Fys-2000 Kvantemekanikk Dato: 5. juni 2013 Tid: Kl Sted: Åsgårdveien 9. og fysikk, lommekalkulator

EKSAMEN I TFY4250 ATOM- OG MOLEKYLFYSIKK Fredag 19. august 2005 kl

FY2045/TFY4250 Kvantemekanikk I, løsning øving 8 1 LØSNING ØVING 8

ψ(x) 2 dx = 1. (3) For det siste integralet har vi brukt fra Rottmann at

Løysingsframlegg øving 1

Løsningsforslag Eksamen 5. august 2009 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

A.5 Stasjonære og ikke-stasjonære tilstander

FY juni 2015 Side 1 av 6

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk naturvitenskapelige fakultet

EKSAMEN I SIF4018 MATEMATISK FYSIKK mandag 28. mai 2001 kl

TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk - Øving 1 1 ØVING 1. En liten briefing om forventningsverdier, usikkerheter osv

(θ,φ) er de sfæriske harmoniske. Disse løsningene har energiene 1. = nm, (4) x = rsinθcosφ, (6) y = rsinθsinφ, (7) z = rcosθ, (8) 1 r 2 sinθ

Eksamen i fag FY1004 Innføring i kvantemekanikk Fredag 30. mai 2008 Tid: a 0 = 4πǫ 0 h 2 /(e 2 m e ) = 5, m

FYS2140 Hjemmeeksamen Vår Ditt kandidatnummer

Løsningsforslag for FYS2140 Kvantemekanikk, Tirsdag 29. mai 2018

Løsningsforslag Eksamen 26. mai 2006 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

FYS2140 Kvantefysikk Forelesning 29. Maria V. Bøe og Marianne E. Bathen

Løsningsforslag Eksamen 12. august 2004 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

Fasit Kontekesamen TFY4215/FY1006 Innføring i kvantefysikk 2015

FYS2140 Kvantefysikk, Hjemmeeksamen V Leveringsfrist fredag 20. mars kl.14:45 (før ekspedisjonen stenger!!!)

Eksamen i fag FY1004 Innføring i kvantemekanikk Tirsdag 22. mai 2007 Tid:

Løsningsforslag Eksamen 1. desember 2008 TFY4250 Atom- og molekylfysikk/fy2045 Kvantefysikk

2. Postulatene og et enkelt eksempel

Løsningsforslag til eksamen i SIF4022 Fysikk 2 Tirsdag 3. desember 2002

Løsningsforslag til eksamen i TFY4170 Fysikk 2 Fysikk 2 Lørdag 8. august 2005

Løsningsforslag til eksamen i TFY4170 Fysikk 2 Tirsdag 9. desember 2003

FYS2140 Hjemmeeksamen Vår 2014 Løsningsforslag

TFY Løsning øving 4 1 LØSNING ØVING 4. Vibrerende to-partikkelsystem

ØVING 2. Krumningseigenskapar for eindimensjonale energieigenfunksjonar. h2 + V (x). (0.1) 2m dx 2

Fasit TFY4215/FY1006 Innføring i kvantemekanikk august 2014

Løsningsforslag Eksamen 26. mai 2008 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

Løsningsforslag Eksamen 13. august 2011 FY1006/TFY4215 Innføring i kvantefysikk

FY1006/TFY Øving 7 1 ØVING 7

Kondenserte fasers fysikk Modul 3

EKSAMEN I TFY4250 ATOM- OG MOLEKYLFYSIKK Onsdag 8. august 2007 kl

UNIVERSITETET I OSLO

FYS2140 Hjemmeeksamen Vår Ditt kandidatnummer

NORSK TEKST Side 1 av 4. Faglig kontakt under eksamen: Ingjald Øverbø, tlf , eller

A.3.e: Ortogonale egenfunksjonssett

Løsningsforslag Eksamen 28. mai 2003 SIF4048 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

En samling av mer eller mindre relevante formler (uten nærmere forklaring) er gitt til slutt i oppgavesettet.

EKSAMENSOPPGAVE. FYS 2000, Kvantemekanikk Dato: 7. Juni 2017 Klokkeslett: 9:00-13:00 Sted: Tillatte hjelpemidler: rute.

Eksamen i: FYS145 - Kvantefysikk og relativitetsteori Eksamensdag: Mandag 10. mai 2004, kl (3 timer)

Løsningsforslag Eksamen 8. august 2009 TFY4250 Atom- og molekylfysikk

FY2045/TFY4250 Kvantemekanikk I, løsning øving 4 1 LØSNING ØVING 4

EKSAMEN I FY2045 KVANTEFYSIKK Mandag 2. juni 2008 kl

MAT UiO mai Våren 2010 MAT 1012

TFY Øving 7 1 ØVING 7. 3-dimensjonal isotrop harmonisk oscillator

Faglig kontakt under eksamen: Ingjald Øverbø, tlf , eller

Løsningsforslag Eksamen 7. august 2006 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

FY1006/TFY Løysing øving 7 1 LØYSING ØVING 7

KJM Molekylmodellering

FY1006/TFY Løysing øving 5 1 LØYSING ØVING 5. Krumning og stykkevis konstante potensial

0.1 Kort introduksjon til komplekse tall

Løsning til øving 17 for FY1004, våren 2008

Løsningsforslag Eksamen 8. august 2011 FY2045/TFY4250 Kvantemekanikk I

Transkript:

FYS214 Kvantefysikk, Oblig 7 Sindre Rannem Bilden, Gruppe 4 11. mars 215

Obliger i FYS214 merkes med navn og gruppenummer! Denne obligen dreier seg om (bølgepakker av fri partikkel tilstander og om såkalte degenererte tilstander. Oppgavene tilsvarer Oppgave 2.21, 2.45 og 2.46 i Griths. Oppgave 1 En fri partikkel har som initialbetingelse bølgefunksjonen hvor A og a er positive reelle konstanter. a Normaliser Ψ(x,. Ψ(x, Ae a x, (1 Svar: 1 A 2 A 2 2 A2 a [ 1] A a e 2a x e 2a x b Finn φ(k. Svar: φ(k 1 2π e ikx ae a x 1 e [ikx+a x ] 2π ( a e [ikx ax] + 2π ( [ ] a 1 [ 2π a ik e[a ik]x + [ ] a 1 2π a ik 1 (ik + a [ ] a 2a 2π k 2 + a 2 e [ikx+ax] 1 (ik + a e [ik+a]x ]

c Konstruer Ψ(x, t i form av et integral. Svar: Ψ(x, t Ψ(x, 1 π e a x 1 2π φ(ke ī h E(kt dk ( a 2 k 2 + a 2 e ī h E(kt dk d Diskuter hva som skjer med partikkelen i grensene hvor a er veldig stor og a er veldig liten. Svar: Når man ser på Ψ(x, t opp mot ψ(k ser man at når den ene er veldenert er den andre veldig uskarp. a gir skarp posisjon, og a gir skarp bevegelsesmenge. Siden φ(k er et uttykk for bevegelsesmengden til partikkelen er dette veldig logisk. Heisenbergs uskarphetsrelasjon sier nettop dette, at possisjon og bevegelsesmengde ikke kan måles skarpt samtidig. σ x σ p h 2.

Oppgave 2 Hvis to (eller ere distinkte løsninger av den tids-uavhengige Schrödingerligningen har samme energi E, så sier vi at tilstandene er degenererte. For eksempel er fri-partikkel løsningene dobbelt degenererte en løsning representerer bevegelse mot høyre, og den andre mot venstre. Men, vi har aldri møtt normaliserbare degenererte løsninger, og dette er ingen tilfeldighet. Bevis det følgende teoremet: i en dimensjon nnes det ingen degenererte bundne tilstander. Hint: anta at det nnes to løsninger, ψ 1 og ψ 2, med samme energi E. Multipliser Schrödingerligningen for ψ 1 med ψ 2, og Schrödingerligningen for ψ 2 med ψ 1, og nn dieransen, for å vise at (ψ 2 dψ 1 / ψ 1 dψ 2 / er en konstant. Bruk at for normaliserbare løsninger så må vi ha at ψ ved ±, for å demonstrere at denne konstanten er null. Konkluder med at ψ 2 er et tall multiplisert med ψ 1, og at de to løsningene derfor ikke er distinkte. Svar: Regner ut SL paralelt for to løsninger ψ 1 og ψ 2. ψ 2 h 2 2m Ĥψ 1 Eψ 1 Ĥψ 2 Eψ 2 ψ 2 Ĥψ 1 ψ 2 Eψ 1 ψ 1 Ĥψ 2 ψ 1 Eψ 2 ψ 2 Ĥψ 1 ψ 1 Ĥψ 2 d 2 ψ 1 2 + ψ h 2 d 2 ψ 2 2V (xψ 1 ψ 1 2m 2 ψ 1V (xψ 2 d 2 ψ 1 d 2 ψ 2 ψ 2 ψ 2 d ( dψ1 2 ψ 1 2 ( dψ2 ψ 1 d ( ( dψ1 dψ2 ψ 2 ψ 1 C Siden (2 gjelder for alle ψ og ψ når x ± må C. Kan skrive om (2 og nne et forhold mellom ψ 1 og ψ 2. 1 dψ 2 ψ 2 1 dψ 1 ψ 1 ln ψ 2 ln ψ 1 + α ψ 2 E ln ψ 1 +α ψ 2 e α ψ 1 Setter α iθ gir ψ 2 e iθ ψ 1 som går bort i absoluttverdikvadratet, ψ 2 2 ψ 1 2.

Oppgave 3 Tenk deg en ring med masse m som sklir friksjonsløst på en vaier formet som en sirkel med omkrets L. (Dette tilsvarer en fri partikkel, bortsett fra at ψ(x+l ψ(x. Finn de stasjonære tilstandene (med passende normalisering og de tilhørende energiene. Merk at det er to uavhengige løsninger for hver energi E n som korresponderer til bevegelse med eller mot klokka; kall disse ψ + n (x og ψ n (x. Hvordan vil du forklare denne degenerasjonen i forhold til teoremet i Oppgave 2? (Hva er det som gjør at teoremet ikke kan brukes i dette tilfellet? Svar: Bølgefunksjonen for en fri partikkel er ψ(x Ae ikx. ψ(x Ae ikx ψ(x + L ψ(x A[cos(kx i sin(kx] A[cos(k(x + L i sin(k(x + L] A[cos(kx i sin(kx] cos(kx + kl i sin(kx + kl cos(kx i sin(kx cos(kx i sin(kx cos(kx cos(kl sin(kx sin(kl cos(kx i sin(kx cos(kx[cos(kl i sin(kl] i sin(kx cos(kl i sin(kl cos(kx sin(kx[sin(kl + i cos(kl] Dette gir kravet sin(kl og cos(kl 1 kl n2π k n2π L Bølgefunksjonen blir da ψ n (x Ae 1 A 2 L 1 L A 2 A 1 L n2π i L e i n2π L x e x og normalisering gir: n2π i L x

Energien blir kvantisert: h 2 2m Ĥψ n Eψ n h 2 d 2 ψ n 2m 2 Eψ n ( i n2π 2 ψ n Eψ n L E h2 (2π 2 2mL 2 n2 Selv om ringen ikke er bundet av et potensiale V (x settes grensebetingelsen ψ(x + L ψ(x som tilsvarer et repeterende mønster for å få stående bølger, dette fører til kvantisering av energi. Siden energiene er uavhengig om ringen går med eller mot klokken vil disse energiene være degenererte, på samme måte kan det tenkes at partikkelen beveger seg i positiv eller negativ retning i R 1. Energimessig ser vi på samme tilstand, der eneste forskjell er hvilken retning vi denerer som positiv i koodinatsystemet.