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

Like dokumenter
Faglig kontakt under eksamen: Ingjald Øverbø, tlf , eller

En partikkel med masse m befinner seg i et éndimensjonalt, asymmetrisk brønnpotensial

EKSAMEN I FY2045 KVANTEFYSIKK Onsdag 30. mai 2007 kl

Oppgave 1. NORSK TEKST Side 1 av 4. NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Institutt for fysikk

EKSAMEN I TFY4215 KJEMISK FYSIKK OG KVANTEMEKANIKK Torsdag 12. august 2004 kl

EKSAMEN I FY2045 KVANTEFYSIKK Mandag 2. juni 2008 kl

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

EKSAMEN I TFY4215 KJEMISK FYSIKK OG KVANTEMEKANIKK Mandag 23. mai 2005 kl

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

Oppgave 1 (Teller 34 %) BOKMÅL Side 1 av 5. NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Institutt for fysikk

Løsningsforslag Eksamen 19. august 2005 TFY4250 Atom- og molekylfysikk

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

EKSAMEN I TFY4215 KJEMISK FYSIKK OG KVANTEMEKANIKK onsdag 5. august 2009 kl

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN I TFY4250 ATOM- OG MOLEKYLFYSIKK Lørdag 8. august 2009 kl

Oppgave 1 (Deloppgavene a, b, c og d teller henholdsvis 6%, 6%, 9% og 9%) NORSK TEKST Side 1 av 7

EKSAMEN I SIF4018 MATEMATISK FYSIKK mandag 28. mai 2001 kl

Løsningsforslag Konte-eksamen 2. august 2003 SIF4048 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

EKSAMEN I SIF4048 KJEMISK FYSIKK OG KVANTEMEKANIKK Lørdag 2. august 2003 kl

Løsningsforslag Eksamen 12. august 2004 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

B.1 Generelle egenskaper til energiegenfunksjoner

NORSK TEKST Side 1 av 5

UNIVERSITETET I OSLO

Faglig kontakt under eksamen: Ingjald Øverbø, tlf , eller

EKSAMEN I FY2045 KVANTEMEKANIKK I/ TFY4250 KVANTEMEKANIKK I Tirsdag 10. august 2010 kl

EKSAMEN I FY1006 INNFØRING I KVANTEFYSIKK/ TFY4215 INNFØRING I KVANTEFYSIKK Onsdag 11. august 2010 kl

EKSAMEN I TFY4250 ATOM- OG MOLEKYLFYSIKK FY2045 KVANTEFYSIKK Tirsdag 1. desember 2009 kl

EKSAMEN I TFY4215 KJEMISK FYSIKK OG KVANTEMEKANIKK 26. mai 2006 kl

BOKMÅL Side 1 av 6. En partikkel med masse m beveger seg i det endimensjonale brønnpotensialet V 1 = h 2 /(2ma 2 0) for x < 0,

EKSAMENSOPPGAVE. Tillatte hjelpemidler: K. Rottmann: Matematisk Formelsamling Lommekalkulator med tomt minne

EKSAMEN I FY2045/TFY4250 KVANTEMEKANIKK I Mandag 8. august 2011 kl

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Løsningsforslag Eksamen 1.juni 2004 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

EKSAMEN I FY1006 INNFØRING I KVANTEFYSIKK/ TFY4215 KJEMISK FYSIKK OG KVANTEMEKANIKK Lørdag 29. mai 2010 kl

EKSAMEN I FAG SIF4065 ATOM- OG MOLEKYLFYSIKK Fakultet for naturvitenskap og teknologi 13. august 2002 Tid:

Løsningsforslag Eksamen 5. august 2009 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

Løsningsforslag Eksamen 27. mai 2005 FY2045 Kvantefysikk

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

A.3.e: Ortogonale egenfunksjonssett

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

EKSAMEN I FY1006 INNFØRING I KVANTEFYSIKK/ TFY4215 INNFØRING I KVANTEFYSIKK Lørdag 13. august 2011 kl

Løsningsforslag Eksamen 14.desember 2011 FY2045/TFY4250 Kvantemekanikk I

Løsningsforslag Eksamen 7. august 2006 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

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

Løsningsforslag Eksamen 27. mai 2011 FY1006/TFY4215 Innføring i kvantefysikk

9 Kulesymmetrisk boks. Sylindersymmetriske

Løsningsforslag Eksamen 6. juni 2007 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

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

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

Løsningsforslag Eksamen 26. mai 2006 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

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

EKSAMEN I TFY4215 KJEMISK FYSIKK OG KVANTEMEKANIKK Lørdag 16. august 2008 kl

Løsningsforslag Eksamen 9. desember 2006 TFY4250 Atom- og molekylfysikk /FY2045 Kvantefysikk

Løsningsforslag Eksamen 4. desember 2007 TFY4250 Atom- og molekylfysikk/fy2045 Kvantefysikk

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

EKSAMEN I TFY4250 ATOM- OG MOLEKYLFYSIKK og FY2045 KVANTEFYSIKK Lørdag 9. desember 2006 kl

Løsningsforslag Eksamen 28. mai 2003 SIF4048 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

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

Løsningsforslag Eksamen 29. mai 2010 FY1006 Innføring i kvantefysikk/tfy4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

EKSAMEN I FY2045 KVANTEMEKANIKK I/ TFY4250 KVANTEMEKANIKK I Torsdag 20. desember 2012 kl

TFY Løsning øving 6 1 LØSNING ØVING 6. Grunntilstanden i hydrogenlignende atom

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

FY2045/TFY4250 Kvantemekanikk I, øving 6 1 ØVING 6. Fermi-impulser og -energier

FY2045/TFY4250 Kvantemekanikk I, øving 5 1 LØSNING ØVING 5. Kvantekraft. L x. L 2 x. = A sin n xπx. sin n yπy. 2 y + 2.

Løsningsforslag Eksamen 4. august 2008 TFY4250 Atom- og molekylfysikk

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

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

Løsningsforslag Eksamen 16. august 2008 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

Løsningsforslag Eksamen 26. mai 2008 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

A) λ < 434 nm B) λ < 534 nm C) λ < 634 nm D) λ < 734 nm E) λ < 834 nm

Eksamen FY1006/TFY mai løsningsforslag 1

FY1006/TFY4215 Innføring i kvantefysikk, - Ekstraøving 2 1. Ekstraøving 2. = 1 2 (3n2 l 2 l), = 1 n 2, 1 n 3 (l ), 1 n 3 l(l + 1.

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

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

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

FY1006/TFY Øving 7 1 ØVING 7

FY2045 Kvantefysikk Løsningsforslag Eksamen 2. juni 2008

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

Løsningsforslag Eksamen 8. august 2009 TFY4250 Atom- og molekylfysikk

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk naturvitenskapelige fakultet

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

TFY Løsning øving 7 1 LØSNING ØVING 7. 3-dimensjonal isotrop harmonisk oscillator

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.

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

EKSAMEN I TFY4250 ATOM- OG MOLEKYLFYSIKK og FY2045 KVANTEFYSIKK Tirsdag 4. desember 2007 kl

UNIVERSITETET I OSLO

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

EKSAMEN I TFY4215 KJEMISK FYSIKK OG KVANTEMEKANIKK 6. juni 2007 kl

Løsningsforslag Eksamen 26. mai 2008 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

FY1006/TFY Løsning øving 9 1 LØSNING ØVING 9

TFY Øving 8 1 ØVING 8

NORSK OG ENGELSK TEKST Side 1 av 10

2. Postulatene og et enkelt eksempel

Eksamen TFY4215/FY1006 Innføring i kvantemekanikk Vår 2013

A.5 Stasjonære og ikke-stasjonære tilstander

Fasit TFY4215/FY1006 Innføring i kvantefysikk Vår 2015

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

Transkript:

NORSK TEKST Side 1 av 4 NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Institutt for fysikk Faglig kontakt under eksamen: Ingjald Øverbø, tlf 73 59 18 67, eller 97012355 EKSAMEN I TFY4250 ATOM- OG MOLEKYLFYSIKK Fredag 19. august 2005 kl. 09.00-13.00 Tillatte hjelpemidler: Godkjent kalkulator Rottmann: Matematisk formelsamling Øgrim & Lian: Størrelser og enheter i fysikk og teknikk, eller Lian og Angell: Fysiske størrelser og enheter Et ark med uttrykk og formler er vedlagt. Sensuren faller i august 2005. Oppgave 1 En partikkel med masse m befinner seg i et éndimensjonalt brønnpotensial V (x) = { 0 for l < x < l, V 0 for x > l. a. Gjør rede for symmetriegenskapene til grunntilstanden og eventuelle andre bundne energiegentilstander i dette potensialet. Hva er degenerasjonsgraden (antall energiegentilstander pr energinivå) for de bundne tilstandene? Hva kan du si om antall nullpunkter for grunntilstanden og eventuelle andre bundne energiegentilstander? Hva er degenerasjonsgraden for de ubundne energinivåene for dette potensialet? Behøver en energiegenfunksjon med energi E > V 0 å ha veldefinert paritet? (Begrunn svaret så godt du kan.) Hvilke kontinuitetsegenskaper har energiegenfunksjonene når potensialet V (x) er endelig som i denne problemstillingen?

Side 2 av 4 b. I denne oppgaven antar vi at brønndybden V 0 er valgt slik at dette potensialet har en bundet tilstand beskrevet ved en energiegenfunksjon ψ a (x) som for 0 x l har formen A cos q a x, med q a = 13π/(6l). Vis at energien E a for tilstanden ψ a er E a = h2 π 2 2ml 2 169 36. Forklar hvorfor energiegenfunksjonen ψ a må ha formen A cos q a x også for l x 0. Hint: Ta utgangspunkt i den generelle løsningen av den tidsuavhengige Schrödingerligningen for dette området. c. Finn ψ a (x) også for x > l, og vis at eksistensen av denne energiegenfunksjonen ψ a (med den oppgitte formen for 0 x l) krever at brønndybden må være V 0 = 4E a /3, der E a er energien oppgitt i pkt. b. Oppgitt: tan π/6 = 1/ 3. d. Skissér energiegenfunksjonen ψ a (x) for både positive og negative x. Hvor mange bundne energiegentilstander med energi E < E a har vi for dette brønnpotensialet? (Begrunn svaret.) Undersøk om dette potensialet (med V 0 = 4E a /3) har bundne energiegentilstander med energi E > E a. e. For en energi E større enn V 0 går det an å finne en energiegenfunksjon ψ E (x) som har formen ψ E = e ik(x l) for x > l; her er k bølgetallet i dette området. For området x < l kan den generelle løsningen av den tidsuavhengige Schrödingerligningen skrives på formen ψ E = a e ik(x+l) + b e ik(x+l). De komplekse koeffisientene a og b kan bestemmes, og vil avhenge av E, V 0, l og m. Energiegenfunksjonen ψ E kan brukes til å beregne sannsynlighetene T og R for transmisjon og refleksjon av partikler med energi E som sendes inn mot dette brønnpotensialet. Finn T og R uttrykt ved koeffisientene a og b. Skriv ned den generelle løsningen av den tidsuavhengige Schrödingerligningen for området l < x < l, uttrykt ved bølgetallet q = 2mE/ h 2 for dette området. Anta at energien velges slik at q 2l = 6π. Vis at både ψ E og dψ E /dx da har samme verdier for x = l som for x = l. Bruk dette til å finne T og R for den aktuelle energien E. De samme resultatene for T og R oppnås også for andre verdier av q 2l. Hvilke er disse verdiene?

Side 3 av 4 Oppgave 2 Figuren viser grunnflatene (tverrsnittene) av tre forskjellige 3-dimensjonale bokser, alle med høyde a (i z-retningen), og med potensial V lik null inne i boksene (for 0 < z < a) og uendelig utenfor. Tverrsnittene av de tre boksene er (i) et kvadrat med sidekant 2a, (ii) en sirkel med radius a, (iii) et kvadrat med sidekant 2 a. I hver av boksene befinner det seg en partikkel med masse µ. a. Angi energiegenfunksjonen for grunntilstanden for boks (i) som funksjon av x, y og z, og bruk Hamilton-operatoren til å finne den tilhørende energien E (i) gr.t. uttrykt ved energibeløpet h 2 π 2 /(2µa 2 ). (Normeringskonstanten trenger du ikke å bestemme.) Angi tilsvarende energien E (iii) gr.t. for grunntilstanden for boks (iii). I resten av oppgaven ser vi nærmere på den sylinderformede boksen (ii). Med origo plassert i sentrum av den sirkulære grunnflaten, og med sylinderkoordinater, z, r = x 2 + y 2 og φ = arctan(y/x), kan Hamilton-operatoren da skrives på formen ( Ĥ = h2 2 2µ r + 1 2 r ) + ˆL 2 z r 2µr + 2 Ĥ(z), med ˆLz = h i φ og Ĥ (z) = h2 2µ 2 z 2. De simultane egenfunksjonene til Ĥ, Ĥ(z) og ˆL z kan skrives på formen ψ(r, φ, z) = R(r)Φ(φ)ψ (z) (z). b. Vis at funksjonssettet Φ m (φ) = e imφ, m = 0, ±1, ±2,, er egenfunksjoner til ˆL z. Hvorfor må kvantetallet m være heltallig?

Skriv ned egenfunksjonene ψ (z) (z) til Ĥ (z) og de mulige egenverdiene E (z). Sett E = E (z) + h2 k 2 2µ, Side 4 av 4 og utled radialligningen som radialfunksjonen R (m) (r) må oppfylle for et gitt kvantetall m. Løsningen av den nevnte radialligningen som er regulær i origo er Bessel-funksjonen J m (kr). Diagrammet viser J 0 (kr) og J 1 (kr) som funksjoner av kr. Tabellen angir noen av nullpunktene, Π (m) n, for disse funksjonene. Det oppgis at J 0 J 1 J 2 J 3 1 = 2.4048 Π (1) 1 = 3.8317 Π (2) 1 = 5.1356 Π (3) Π (m) n 2 2 = 5.5201 Π (1) 2 = 7.0156 Π (2) 2 = 8.4172 Π (3) 3 = 8.6537 Π (1) 3 = 10.1735 Π (2) 3 = 11.6198 Π (3) 1 = 6.3802 2 = 9.7610 3 = 13.0152 > Π (m) n 1 for n 2 > n 1 og Π (m 2) n > Π (m 1) n for m 2 > m 1. c. Forklar hvordan disse opplysningene kan brukes til å bestemme de mulige verdiene for størrelsen k, energiegenverdiene E = E (z) + h 2 k 2 /2µ og de tilhørende energiegenfunksjonene ψ(r, φ, z). Bestem spesielt energien E (ii) gr.t. til grunntilstanden for boks (ii), og skriv ned formelen for bølgefunksjonen for denne tilstanden. Er resultatet for denne energien fornuftig sammenlignet med de to grunntilstandsenergiene funnet i pkt. a? d. Finn kvantetallene, energiene og degenerasjonsgradene for 1., 2. og 3. eksiterte nivå for boks (ii).

Vedlegg: Formler og uttrykk Noe av dette kan du få bruk for. Sannsynlighets-strømtetthet [ j x (x, t) = Re Ψ (x, t) h ] Ψ(x, t). im x Éndimensjonal boks, V (x) = 0 for 0 < x < L, uendelig utenfor: Energiegenfunksjoner ψ n (x) = 2/L sin nπx L.