FYS2140 Kvantefysikk, Obligatorisk oppgave 10. Nicolai Kristen Solheim, Gruppe 2

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

Løsningsforslag Eksamen 8. august 2009 TFY4250 Atom- og molekylfysikk

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

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

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.

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

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN I FY2045 KVANTEFYSIKK Mandag 2. juni 2008 kl

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

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

Faglig kontakt under eksamen: Ingjald Øverbø, tlf , eller

Løsningsforslag for FYS2140 Kvantefysikk, Mandag 3. juni 2019

Faglig kontakt under eksamen: Ingjald Øverbø, tlf , eller

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

UNIVERSITETET I OSLO

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

A.5 Stasjonære og ikke-stasjonære tilstander

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

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

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

LØSNING EKSTRAØVING 2

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk naturvitenskapelige fakultet

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

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

Løsningsforslag Eksamen 7. august 2006 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

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

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

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

Løsningsforslag Eksamen 26. mai 2006 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

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

Obligatorisk oppgave nr 4 FYS Lars Kristian Henriksen UiO

Løsning, eksamen TFY4205 Kvantemekanikk II Torsdag 8. desember 2011

(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 5. august 2009 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

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

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

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

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

Løsning til øving 17 for FY1004, våren 2008

FY1006/TFY Øving 7 1 ØVING 7

Eksamen FY1004 Innføring i kvantemekanikk Tirsdag 22. mai 2007 Løsninger

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

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 12. august 2004 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

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

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

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

A.3.e: Ortogonale egenfunksjonssett

Eksamen FY1006/TFY mai løsningsforslag 1

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

FYS1120 Elektromagnetisme H10 Midtveiseksamen

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

FY1006/TFY Løsning øving 9 1 LØSNING ØVING 9

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

Løsning, eksamen TFY4205 Kvantemekanikk II Mandag 13. august 2012

FYS2140 Hjemmeeksamen Vår Ditt kandidatnummer

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

Løsningsforslag Eksamen 4. august 2008 TFY4250 Atom- og molekylfysikk

Institutt for fysikk. Eksamensoppgave i TFY4215 Innføring i kvantefysikk

Forelesningsnotater om spinn, FYS2140 (Erstatter kap. 4.4 i Griffiths) Susanne Viefers

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

UNIVERSITETET I OSLO

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 for FYS2140 Kvantemekanikk, Torsdag 16. august 2018

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

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

Løsningsforslag Eksamen 8. august 2011 FY2045/TFY4250 Kvantemekanikk I

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

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

Løsningsforslag for FYS2140 Kvantemekanikk, Tirsdag 29. mai 2018

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

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

Løsning til øving 8 for FY1004, høsten 2007

FYS2140 Kvantefysikk, Løsningsforslag Oblig 7

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

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

Løsningsforslag Eksamen 6. juni 2007 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

Løsningsforslag Eksamen 20. desember 2012 FY2045/TFY4250 Kvantemekanikk I

TFY4215_S2018_Forside

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

Løsningsforslag Eksamen 28. mai 2003 SIF4048 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

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

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

NORSK TEKST Side 1 av 5

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

Løsningsforslag Eksamen 26. mai 2008 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

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

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

Løsningsforslag Eksamen 27. mai 2005 FY2045 Kvantefysikk

KJM Molekylmodellering

Løsningsforslag Eksamen 1.juni 2004 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

FY1006/TFY Øving 9 1 ØVING 9

FYS 3710 Biofysikk og Medisinsk Fysikk, Bindingsteori - atomorbitaler

KJM Molekylmodellering. Introduksjon. Molekylmodellering. Molekylmodellering

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

Transkript:

FYS2140 Kvantefysikk, Obligatorisk oppgave 10 Nicolai Kristen Solheim, Gruppe 2

Obligatorisk oppgave 10 Oppgave 1 a) Ligningene 1, 2 og 3 er egenverdifunksjoner, mens ligning 4 er en deltafunksjon. b) De fysiske størrelsene som er representert ved operatorene, og er følgende: er energien i systemet, er kvadratet av det totale angulærmomentet (banespinn),, er angulærmoment (banespinn) i -retning. c) De tilstandene som har skarpe verdier i tilstanden er energien i systemet, kvadratet av angulærmomentet og -komponenten av angulærmomentet, henholdsvis, 1 og. d) Videre ønsker vi å bestemme tidsfunksjonen som beskriver -atomets tilstand ved tiden. Fra oppgaveteksten vet vi at tilstandsfunksjonen er bestemt av den tidsavhengige Schrödingerligningen Ψ, Ψ, og at tilstandsfunksjonen ved 0 er beskrevet ved. Vi tar utgangspunkt i den generelle løsningen til ligningen som er gitt ved Ψ, /. For 0, vil vi få at, og da vi allerede har oppgitt tilstandsfunksjonen ved 0 ser vi at 1. Dette gir at den tilstandsfunksjonen som beskriver atomets tilstand ved tiden er gitt ved Ψ, /. e) Deretter ønsker vi å vise at Φ er normert, hvor Φ er definert ved Φ. Vi viser dette på på følgende måte. Φ Φ Φ Φ Φ Φ,, hvor Φ Φ 1 Φ Φ 2 1 Φ Φ 1 Side 1 av 5

Vi ser fra utregningene over at Φ normert. f) Vi ønsker så å vise at tilstandsfunksjonen ved tiden er Ψ, Φ /. Her bruker vi igjen de samme formlene som i d), noe som gir Ψ, / Φ /. Vi kan kort forklare dette med at tilstandsfunksjonen ved 0 nå er beskrevet ved Φ, slik at. Dersom vi nå setter dette inn i den generelle løsningen får vi som vist over. g) Videre bestemmer vi forventningsverdiene for operatorene, og i tilstanden som er beskrevet ved tilstandsfunksjonen Ψ, i forrige oppgave. Ψ, Ψ, Φ Φ fra e) har vi at 21, noe som gir Ψ, Ψ, Φ Φ 1 1 Ψ, Ψ, Φ Φ 0 Fra dette har vi at, 1 og 0. h) Deretter ønsker vi å finne spredningen av størrelsene representert ved operatorene, og. Spredningen i tilstanden Ψ definert ved Side 2 av 5

hvor en størrelse er representert ved operatoren. Da vi ikke har beregnet må vi gjøre det for de tre respektive operatorene vi ønsker å løse for. Dette gjøres på tilsvarende måte som i forrige oppgave. Ψ, Ψ, Φ Φ Ψ, Ψ, Φ Φ 1 1 Ψ, Ψ, Φ Φ Dersom vi nå setter inn verdiene vi har funnet, finner vi spredningen til de tre operatorene. 0 1 1 0 0 i) Vi lar nå -atomets tilstand ved 0 være gitt ved tilstandsfunksjonen Φ, og tenker oss at vi foretar en ideell måling av. Med dette ønsker vi å finne ut hvor stor sannsynligheten er Side 3 av 5

for å observere den bestemte verdien for ved tiden. Sannsynligheten er gitt ved, og vi bruker Φ og Φ hvor vi har skrevet Φ som en lineærkombinasjon av egentilstandene for. Legger vi nå disse sammen får vi sannsynligheten for å observere den bestemte verdien ved 0. og videre at j) Videre vil ikke sannsynligheten være avhengig av tid da vi komplekskonjugerer uttrykket. Dette kan vi også vise, men vi bruker her Ψ, istedenfor Φ da denne er tidsavhengig. Med dette får vi at /. Da sannsynligheten er gitt ved, ser vi at eksponensialleddet vil forsvinne slik at. Dette viser at leddet vil være uavhengig av tiden målingene utføres. k) Vi lar nå -atomet befinne seg i et homogent magnetfelt og velger -aksen langs magnetfeltet. Hamilton operatoren for systemet er da Der er elektronets ladning og er elektronets masse. Fra dette kan vi finne -atomets energi i tilstanden. Videre er en egenfunksjon for og kan skrives på formen, som vist under, der er en konstant., hvor Fra dette vil energien være gitt ved. l) Tilstanden Φ i ligning 7 vil ikke være en energitilstand da Φ ikke er en egenfunksjon for. På tilsvarende måte som vi viste det i forrige oppgave kan vi igjen gjøre her. Side 4 av 5

Φ Φ, hvor Φ Φ Φ Φ Φ Φ Φ Fra dette ser vi at Φ Φ, og tilstanden Φ vil derfor ikke være en energiegentilstand for. m) Til slutt bestemmer vi forventningsverdien til for tilstanden Φ. Φ Φ, Fra utregningene ovenfor ser vi at for tilstanden Φ. Side 5 av 5