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

Like dokumenter
FYS2140 Kvantefysikk, Obligatorisk oppgave 3. Nicolai Kristen Solheim, Gruppe 2

Løsningsforslag for FYS2140 Kvantemekanikk, Torsdag 16. august 2018

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

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

UNIVERSITETET I OSLO

Enkel introduksjon til kvantemekanikken

Løsningsforslag FYS2140 Hjemmeeksamen Vår 2015

FYS2140 Kvantefysikk, Oblig 2. Sindre Rannem Bilden, Gruppe 3

Løsningsforslag til øving 8

Kollokvium 4 Grunnlaget for Schrödingerligningen

FYS2140 Kvantefysikk, Løsningsforslag for Oblig 2

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I TFY4160 BØLGEFYSIKK Mandag 3. desember 2007 kl

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

10 6 (for λ 500 nm); minste størrelse av

TFY4106 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Våren Løsningsforslag til øving 8.

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Fourier-analyse. Hittil har vi begrenset oss til å se på bølger som kan beskrives ved sinus- eller cosinusfunksjoner

0.1 Kort introduksjon til komplekse tall

Termodynamikk og statistisk fysikk Oblig 1

FYS2140 Hjemmeeksamen Vår Kandidat 11

EKSAMEN I FAG SIF 4014 FYSIKK 3 Onsdag 13. desember 2000 kl Bokmål. K. Rottmann: Matematisk formelsamling

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

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)

Kondenserte fasers fysikk Modul 2

Vannbølger. 3. Finn gruppehastigheten (u), ved bruk av EXCEL, som funksjon av bølgetallet k ( u = 2π ). Framstille u i samme diagram som c.

FYS2140 Kvantefysikk, Oblig 2. Lars Kristian Henriksen Gruppe 3

EKSAMEN FAG TFY4160 BØLGEFYSIKK OG FAG FY1002 GENERELL FYSIKK II Onsdag 8. desember 2004 kl Bokmål. K. Rottmann: Matematisk formelsamling

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 TIL EKSAMEN I FY1002 BØLGEFYSIKK Mandag 10. desember 2007 kl

FYS 3120: Klassisk mekanikk og elektrodynamikk

FYS 3120: Klassisk mekanikk og elektrodynamikk

FYS2140 Kvantefysikk, Løsningsforslag Oblig 7

EKSAMEN I FY2045 KVANTEFYSIKK Onsdag 30. mai 2007 kl

FYS2140 Hjemmeeksamen Vår Ditt kandidatnummer

FYS 3120: Klassisk mekanikk og elektrodynamikk

EKSAMEN I FY2045 KVANTEFYSIKK Mandag 2. juni 2008 kl

Obligatorisk oppgave nr 5 FYS Lars Kristian Henriksen UiO

Materiebølger - Elektrondiffraksjon

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

TFY4160 Bølgefysikk/FY1002 Generell Fysikk II 1. Løsning Øving 2. m d2 x. k = mω0 2 = m. k = dt 2 + bdx + kx = 0 (7)

FY1001/TFY4145 Mekanisk fysikk Høsten 2014 Vannbølger i bølgerenna Filmene (MP4) er spilt inn med 100 fps (frames per second). Mange mediaspillere (so

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

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

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

Obligatorisk oppgave nr 4 FYS Lars Kristian Henriksen UiO

FYS2140 Hjemmeeksamen Vår 2014

EKSAMEN FY1002 og TFY4160 BØLGEFYSIKK Fredag 3. desember 2010 kl

Løsningsforslag til øving 5

Obligatorisk oppgave nr 4 FYS Lars Kristian Henriksen UiO

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

Eksamen i GEOF330 Dynamisk Oseanografi. Oppgave 1: Stående svingninger

5) Tyngdens komponent langs skråplanet, mg sin β, lik maksimal statisk friksjonskraft, f max = µ s N =

FY2045 Kvantefysikk Løsningsforslag Eksamen 2. juni 2008

NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET, INSTITUTT FOR FYSIKK. Utarbeidet av: Jon Andreas Støvneng

MAT Grublegruppen Notat 8

Øving 4. a) Verifiser at en transversal bølge som forplanter seg langs x-aksen med utsving D med komponentene

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

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

Mandag Institutt for fysikk, NTNU TFY4160/FY1002: Bølgefysikk Høsten 2006, uke 36

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

Formelsamling Bølgefysikk Desember 2006

Nivåtettheten for ulike spinn i 44 Ti

Prosjekt 2 - Introduksjon til Vitenskapelige Beregninger

Her følger en kort oppsumering av oppgavene som skal gjøres i denne laboratorieøvelsen:

FY1002/TFY4160 Bølgefysikk. Løsningsforslag til Midtsemesterprøve fredag 15. oktober 2010 kl Oppgavene og et kortfattet løsningsforslag:

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

NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET, INSTITUTT FOR FYSIKK. Utarbeidet av: Jon Andreas Støvneng

Fysikk og virkelighetsoppfatning

Faglig kontakt under eksamen: Ingjald Øverbø, tlf , eller

EKSAMEN FY1002 og TFY4160 BØLGEFYSIKK Torsdag 3. desember 2009 kl

Kan vi lære litt kvantefysikk ved å lytte til noen lydprøver? Arnt Inge Vistnes Fysisk institutt, UiO

Formelsamling. ξ(r, t) = ξ 0 sin(k r ωt + φ) 2 ξ(x, t) = 1 2 ξ(x, t) t 2. 2 ξ. x ξ. z 2. y ξ. v = ω k. v g = dω dk

TFY4215_S2018_Forside

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

Løsningsforslag til eksamen i TFY4170 Fysikk august 2004

EKSAMEN I FAG SIF4062 FASTSTOFFYSIKK VK Fakultet for fysikk, informatikk og matematikk Tirsdag 8. mai 2001 Tid: Sensur faller 29.

Det matetmatisk-naturvitenskapelige fakultet Midtveis -eksamen i AST1100, 10 oktober 2007, Oppgavesettet er på 6 sider

Løsningsforslag for FYS2140 Kvantemekanikk, Tirsdag 29. mai 2018

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

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag Eksamen 26. mai 2008 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

FYS1120: Oblig 2 Syklotron

Kondenserte fasers fysikk Modul 4

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,

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FY1002 og TFY4160 BØLGEFYSIKK Onsdag 20. desember 2006 kl

REPETISJON FYS2140. Susanne Viefers. Fysisk Institutt, Teorigruppa. REPETISJON FYS2140 p.1/31

Theory Norwegian (Norway)

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.

Obligatorisk oppgave nr 1 FYS Lars Kristian Henriksen UiO

Formelsamling. ξ(r, t) = ξ 0 sin(k r ωt + φ) 2 ξ(x, t) = 1 2 ξ(x, t) t 2. 2 ξ. x ξ. z 2. y ξ. v = ω k. v g = dω dk

Fysikk og virkelighetsoppfatning

Fysikk og virkelighetsoppfatning

FYS1120 Elektromagnetisme - Ukesoppgavesett 2

Løsningsforslag Eksamen 5. august 2009 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

Løsningsforslag til oppgavene 1 8 fra spesiell relativitetsteori.

Løsningsforslag EKSAMEN TFY4102 FYSIKK Fredag 10. juni 2011

Løsningsforslag til øving 4

FYS Kvantefysikk. Are Raklev Teoretisk fysikk, rom FØ456, ahye@fys.uio.no

Løsningsforslag Eksamen 16. august 2008 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

Transkript:

FYS40 Kvantefysikk, Oblig 3 Sindre Rannem Bilden,Gruppe 4. februar 05

Obliger i FYS40 merkes med navn og gruppenummer! Dette oppgavesettet sveiper innom siste rest av Del I av pensum, med tre oppgaver om materiebølger de Broglie bølgelengden, og gruppe- og fasehastighet). To av disse nnes som Oppgave 4. og 4.5 i Kompendiet. Oppgave En partikkel med ladning e og masse m 0 akselereres av et elektrisk potensial V til en relativistisk hastighet. a) Vis at de Broglie bølgelengden for partikkelen er gitt ved h λ + ev ) / m0 ev m 0 c Svar: Tar utganspunkt i de Broglie sin omskriving λ h p E pc) + m 0 c ) for å nne et uttrykk for p. og bruker pc) E m 0 c ) p E m 0 c ) c p c E m 0 c ) Setter inn E ev + m 0 c p c ev ) + m 0 c ev + m 0 c ) m 0 c ) p m 0 c ev ev ) c + c m 0 ev + ev ) m 0 c Setter så dette inn i de Broglie sin formel: λ h m0 ev + ev m 0 c ) / b) Vis at dette gir λ h/m 0 v i den ikkerelativiske grensen. Svar: Vet at p m 0 v når en regner ikke-relativistisk. Setter dette inn i λ h p og får λ h/m 0 v. c) Vis at for en relativistisk partikkel med hvileenergi E 0 er de Broglie bølgelengden gitt ved.4 0 β λ ) Å, E 0 MeV) β hvor β v/c, og hvor E 0 MeV) er hvileenergien målt i MeV.

Svar: Fra a) har vi p E E0 c og setter inn E og E γe 0 E 0 β β v c. hvor p E 0 β ) E 0 c E 0 E 0 β ) c β ) E 0 β c β ) E 0 β p c β Setter inn i λ h/p λ hc β E 0 β 40eV nm β E 0 β.4 0 3 nm β E 0 MeV ) β.4 0 E 0 MeV ) β Å β

Oppgave Et fysisk system beskrevet ved hjelp av bølgeligninger som tillater yx, t) A cos kx ωt) som løsninger, der sirkelfrekvensen ω er en reell funksjon av bølgetallet k, kalles for et lineært, dispersivt system. Funksjonen ωk) kalles for dispersjonsrelasjonen til systemet. a) Vis at dispersjonsrelasjonen for frie, relativistiske elektronbølger er gitt ved mc ), ωk) c k + der m er elektronets hvilemasse. Svar: Bruker: p k ω πν E hν E p c + mc ) ω πν π E h p π c + m c 4 h k c + m c 4 k c + m c 4 mc ) c k + b) Finn et uttrykk for fasehastigheten v f k) og gruppehastigheten v g k) til disse bølgene, og vis at produktet v f k) v g k) er en konstant uavhengig av k). Svar: Fasehastigheten v f k) kan uttrykkes v f k) ωk) k v f k) c c k + mc k + mc k ) ) og vi får:

Gruppehastigheten v g k) kan uttrykkes v g k) ω k Ser at v f k)v g k) c. v g k) c k k + c k + mc ck k + mc c + mc k ) ) ) mc ) ) k c) Fra uttrykket for v f ser vi at v f > c! Kommenter dette fenomenet og hva det har å si for tolkningene av v f og v g ut fra den spesielle relativitetsteorien. Svar: Da v f ikke beskriver partikkelens hastighet men snarere sannsynlighen for å nne partikkelen i x ved t så vil det ikke være et problem at v f overskrider lyshastigheten. Derimot må v g som relateres til partikkelens hastighet følge den spesielle relativitetsteorien, noe den også gjør i følge uttrykket fra b).

Oppgave 3 a) Legg sammen to sinusbølger y x, t) A sin [k x ωk )t] og y x, t) A sin [k x ωk )t], med dispersjonsrelasjon som i Oppgave og med bølgetall som ligger nær hverandre, k k 0 + k, k k 0 k, k k 0. Hvordan ser den resulterende funksjonen ut, og hvordan tolker man de to delene av denne funksjonen? For å forenkle regningen kan du innføre c. Hint: Du kan få bruk for identiteten se Rottmann): sin x + sin y sin x + y cos x y. ) Du kan også få bruk for at k k 0 for å skrive sirkelfrekvensen på en omtrentlig form. Svar: y x, t) A sink ωk )t) k k 0 + k Legger y og y sammen og får y x, t) A sink x ωk )t) k k 0 k yx, t) A sin[k x ωk )t] + A sin[k x ωk )t] A sin[k x ωk )t] + sin[k x ωk )t) [ ] [ ]) k x ωk )t + k x ωk )t k x ωk )t k x + ωk )t A sin cos [ k + k A sin x ωk ] [ ) + ωk ) k k t cos x ωk ]) ) ωk ) t [ A sin k 0 x ωk ] [ ) + ωk ) t cos kx ωk ]) ) ωk ) t Videre forenkler vi ωk ) og ωk ). ωk ) k + m k0 + k 0 k + k + m k k 0 k0 + k 0 k + m k 0 + m + k 0 k k0 + m ) / Dette betegnes i fysikk som såkalte naturlige enheter!) i kontrast til metriske enheter.

Nå har vi et uttrykk + x) p, om x kan uttrykket forenkles til + p x. Ser også k 0 + m ωk 0 ). ωk ) ωk 0 ) + k ) 0 k ωk 0 ) Tilsvarende gjøres for ωk ). ωk ) ωk 0 ) k ) 0 k ωk 0 ) Tilbake i uttrykket for yx, t) har vi nå yx, t) A sin [k 0 x ωk 0 )t] cos [ kx ) ]) k0 k t ωk 0 ) b) Lag et plott av superposisjonen hvor du velger A m, k 0.6 og k 0.7. Hva blir fase- og gruppehastigheten? Merk at du kan gjøre denne oppgaven før du har fått til den forrige ved å gjøre den rent numerisk. Svar: Vi nner fasehastighet v f ω 0 k 0.834c. På samme måte nner vi gruppehastigheten v g dωk 0) dk 0 v g ) k 0 k + k 0 0 k0 + ) 0.545c + k0 Figur : Plot av y x, t) + y x, t)

c) Hva skjer dersom du numerisk) superponerer ti eller enda ere) bølger med bølgetall jevnt fordelt i intervallet [k, k ]? Beskriv hva som skjer sammenlignet med oppgave b), og legg gjerne ved et plott men ikke kode). Svar: Man ser at ere bølgefunksjoner intefererer konstruktivt nærere ett punkt og gir en bedre indikasjon på possisjonen. Figur : Plot av ti bølgefunskjoner med forskjellige verdier av k mellom k 0.6 og k 0.7. Ser at en stor k og ere sinusfunksjoner gir en bedre indikator på possisjonen. Noe som stemmer godt med teorien rundt summering av bølgefunksjoner og sannsynlighetsfordeling.