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

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

Løsningsforslag Konte-eksamen 13. august 2002 SIF4048 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

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

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

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

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

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

EKSAMEN I FY2045 KVANTEFYSIKK Onsdag 30. mai 2007 kl

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

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

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

FY1006/TFY Øving 7 1 ØVING 7

Faglig kontakt under eksamen: Ingjald Øverbø, tlf , eller

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

Løsningsforslag Eksamen 28. mai 2003 SIF4048 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

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

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

A.5 Stasjonære og ikke-stasjonære tilstander

NORSK TEKST Side 1 av 5

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

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

A.3.e: Ortogonale egenfunksjonssett

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

UNIVERSITETET I OSLO

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

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

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

EKSAMEN I SIF4018 MATEMATISK FYSIKK mandag 28. mai 2001 kl

UNIVERSITETET I OSLO

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

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

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

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

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

EKSAMEN I FY2045 KVANTEFYSIKK Mandag 2. juni 2008 kl

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

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

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

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

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

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

Faglig kontakt under eksamen: Ingjald Øverbø, tlf , eller

TFY Øving 8 1 ØVING 8

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

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

Løsningsforslag Eksamen 5. august 2009 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

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

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

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

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

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.juni 2004 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

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

Eksamen FY1006/TFY mai løsningsforslag 1

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

(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

Løsningsforslag Eksamen 20. desember 2012 FY2045/TFY4250 Kvantemekanikk I

Løysingsframlegg øving 1

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Løsningsforslag Eksamen 12. august 2004 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

EKSAMEN I TFY4215 KJEMISK FYSIKK OG KVANTEMEKANIKK Mandag 6. august 2007 kl

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

EKSAMEN I FY1006 INNFØRING I KVANTEFYSIKK/ TFY4215 INNFØRING I KVANTEFYSIKK Torsdag 31. mai 2012 kl

Fasit TFY4215/FY1006 Innføring i kvantefysikk Vår 2015

Hermiteske og ikke-hermiteske operatorer, kommutatorer,

Løsningsforslag Eksamen 4. august 2008 TFY4250 Atom- og molekylfysikk

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

Kontinuasjonseksamen TFY4215/FY1006 Innføring i kvantemekanikk august 2013

Løsningsforslag Eksamen 26. mai 2006 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

Løsningsforslag for FYS2140 Kvantemekanikk, Tirsdag 29. mai 2018

Løsningsforslag Eksamen 16. august 2008 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

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

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

Løsningsforslag Eksamen 14.desember 2011 FY2045/TFY4250 Kvantemekanikk I

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

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

Fasit Kontekesamen TFY4215/FY1006 Innføring i kvantefysikk 2015

FY2045/TFY4250 Kvantemekanikk I, øving 5 1 ØVING 5

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.

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

Løsningsforslag Eksamen 11. august 2010 FY1006/TFY4215 Innføring i kvantefysikk

FY2045/TFY4250 Kvantemekanikk I, løsning øving 14 1 LØSNING ØVING 14. ψ 210 z ψ 100 d 3 r a.

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

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

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

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk naturvitenskapelige fakultet

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

FY1006/TFY Løsning øving 8 1 LØSNING ØVING 8. a. (a1): Ved kontroll av egenverdiene kan vi se bort fra normeringsfaktorene.

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

Eksamen FY1004 Innføring i kvantemekanikk Tirsdag 22. mai 2007 Løsninger

2. Postulatene og et enkelt eksempel

B.1 Generelle egenskaper til energiegenfunksjoner

FY1006/TFY4215 Innføring i kvantefysikk Eksamen 2. juni 2016 Side 1 av 8

Løsningsforslag Eksamen 8. august 2009 TFY4250 Atom- og molekylfysikk

Løsningsforslag Matematisk fysikk, 28. mai 2001

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

Transkript:

Side 1 av 4 NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Institutt for fysikk Faglig kontakt under eksamen: Margareth Nupen, tel. 73 55 96 4 Ingjald Øverbø, tel. 73 59 18 67 EKSAMEN I SIF4048 KJEMISK FYSIKK OG KVANTEMEKANIKK Tirsdag 13. august 00 kl. 09.00-15.00 Tillatte hjelpemidler: Godkjent kalkulator Rottmann: Matematisk formelsamling To ark med utrykk og formler samt nomenklatur for organiske forbindelser er vedlagt. Sensuren faller. september 00. Oppgave 1 En partikkel med masse m beveger seg i et éndimensjonalt potensial V (x), som foreløpig er uspesifisert. Ved t = 0 prepareres dette systemet i en begynnelsestilstand beskrevet ved bølgefunksjonen ( ) mω 1/4 Ψ(x, 0) = e mωx / h. π h a. Finn (helst uten regning) forventningsverdien x 0 av partikkelens posisjon ved t = 0. Angi den hermiteske operatoren ˆp x som svarer til observabelen p x (impulsen), og bestem forventningsverdien p x 0 av impulsen ved t = 0. b. Beregn forventningsverdien x 0 og vis at usikkerheten i partikkelens posisjon ved t = 0 er ( x) 0 = h/(mω). c. Vis at forventningsverdien av observabelen p x for en vilkårlig kvadratisk integrerbar tilstand Ψ(x, t) kan skrives på formen p x Ψ = h Ψ/ x dx. Beregn p x 0 for begynnelsestilstanden Ψ(x, 0), og finn usikkerheten ( p x ) 0. Kontrollér at ( x) 0 og ( p x ) 0 oppfyller Heisenbergs uskarphetsrelasjon.

Side av 4 d. Anta at partikkelen beveger seg i det harmoniske oscillator-potensialet V (x) = 1 mω (x + a), der a > 0. Bruk Ehrenfests teorem til å finne x t og p x t for t > 0, og kontrollér at disse størrelsene oppfører seg slik en bør forvente. [Hint: Finn en.-ordens diff.-ligning for p x t eller x + a t.] e. For t > 0 kan bølgefunksjonen for dette systemet skrives på formen Ψ(x, t) = c n ψ n (x)e ient/ h, n=0 der ψ n (x) og E n er de ortonormerte energiegenfunksjonene og de tilhørende energiegenverdiene for den aktuelle oscillatoren. Vis at c n = ψ n (x)ψ(x, 0)dx ( ψ n, Ψ(0) ) ; n = 0, 1,,. Hva er den fysiske tolkningen av koeffisientene c n? Hva kan du si om n=0 c n? f. Bestem koeffisienten c 0 som funksjon av parameteren a, og kontrollér at resultatet er fornuftig i grensen a 0. g. Finn forventningsverdien av energien E for dette systemet, og kontrollér at også dette resultatet er fornuftig i grensen a 0. Oppgave For et elektron med masse m e i Coulomb-potensialet V (r) = e 4πɛ 0 r h m e a 0 r har en for første eksiterte energinivå E fire ortonormerte energiegentilstander av typen ψ nlm (r) = R nl (r)y lm (θ, φ) : ψ 00 = R 0 Y 00, ψ 10 = R 1 Y 10 og ψ 1±1 = R 1 Y 1±1, der R 0 = (8a 3 0) 1/ ( r/a 0 )e r/a 0 og R 1 = (4a 3 0) 1/ r a 0 e r/a 0, og Y lm er sfæriske harmoniske: (a 0 = 4πɛ 0 h ) m e e Y 00 = 1 4π, Y 10 = 3 4π cos θ, Y 3 1±1 = 8π sin θ e±iφ.

Side 3 av 4 a. De fire funksjonene ψ 00, ψ 10 og ψ 1±1 er simultane egentilstander til dreieimpulsoperatorene ˆL z = h i φ og ˆL = h og Hamilton-operatoren for dette systemet, ( ( Ĥ = h + V (r) = h m e m e r + r θ + cot θ θ + 1 sin θ ) φ ) + ˆL r m e r + V (r). Hvilke betingelser må disse tre operatorene oppfylle for at det skal eksistere et simultant sett av egenfunksjoner? Beregn egenverdiene til ˆL z og ˆL eksplisitt for tilstanden ψ 11 (vha operatoruttrykkene ovenfor). b. Anta at systemet ved t = 0 prepareres i den normerte begynnelsestilstanden Ψ(r, 0) = (πa 3 0) 1/ r a 0 e r/a 0 cos θ. Denne funksjonen kan utvikles i det fullstendige settet av simultane egentilstander til operatorene ˆL z, ˆL og Ĥ. Hvilke kvantetall l og m vil inngå i utviklingen av Ψ(r, 0)? Det opplyses at denne utviklingen vil inneholde bidrag for alle energiegenverdiene (dvs hele spektret til Ĥ), unntatt grunntilstandsenergien E 1. Hvorfor inngår ikke grunntilstanden ψ 100 i utviklingen av Ψ(r, 0)? c. Med systemet preparert i begynnelsestilstanden Ψ(r, 0) er det ved en energimåling en viss sannsynlighet (P ) for å måle energien E (for første eksiterte energinivå). Finn denne sannsynligheten P. d. Bidraget fra de bundne tilstandene til forventningsverdien av energien [for tilstanden Ψ(r, 0)] er gitt ved summen E n P n, n= der P n er sannsynligheten for å måle energien E n = E 1 /n. Siden energiene E n er negative, er denne summen nødvendigvis mindre enn null. Samtidig kan det vises at E er lik null for tilstanden Ψ(r, 0). Hvordan vil du forklare avviket mellom resultatet E = 0 og den negative summen ovenfor?

Side 4 av 4 Oppgave 3 a. Gitt følgende bruttoformel: C 3 H Cl. Beregn antall dobbeltbindingsekvivalenter. Angi strukturene til to konstitusjonsisomere med bruttoformel C 3 H Cl. Strukturene skal ikke ha kirale karbonatomer. b. Redegjør for bensenstrukturen. c. Sett opp IUPAC-navn for (husk å angi stereokjemien): d. Angi stereokjemien etter R/S-systemet: Framgangsmåten skal vises. e. Illustrér følgende benevnelser med struktureksempler: (i) sekundært amid, (ii) tertiær alkohol. f. Hva dannes når CH 3 CH CHO (i) oksideres, (ii) reduseres?

Formler og uttrykk Vedlegg 1 av Noe av dette kan du få bruk for. Ehrenfests teorem d dt x = 1 m p x ; d dt p x = V/ x. Noen integraler I 0 (α) I (α) J(α, β) e αx dx = π/α, x e αx dx = d dα I 0(α) = 1 π α 3/, e αx +βx dx = (π/α) 1/ e β /(4α), 0 x n e αx dx = n! α n+1. Hermiteske operatorer For en hermitesk operator ˆF er ( ˆF Ψ 1 ) Ψ dτ = Ψ 1 ˆF Ψ dτ for vilkårlige, kvadratisk integrerbare funksjoner Ψ 1 og Ψ. Standard éndimensjonal harmonisk oscillator (V = 1 mω x ) ψ n (x) = Sfæriske harmoniske Ĥψ n (x) = hω(n + 1 )ψ n(x), n = 0, 1,,...; ψ n, ψ k ψ n (x)ψ k (x)dx = δ nk ; ( ) mω 1/4 1 π h n n! H n(ξ)e ξ /, ξ = x mω/ h ; H 0 (ξ) = 1, H 1 (ξ) = ξ, H (ξ) = 4ξ. Y l m Y lmdω = δ l lδ m m, l = 0, 1,,..., m = 0, ±1, ±,..., ±l. Vedlegg : Samme som ved våreksamen 00.