Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Кванти - теорія та розвязки деяких задач

.pdf
Скачиваний:
25
Добавлен:
07.03.2016
Размер:
3 Мб
Скачать
☆

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I =

 

∫eiωknt f (t)dt ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E

(0)

− E

(0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где частота перехода ω

kn

=

 

 

k

 

 

 

n

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ˆ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В задаче n =1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, V

(x)= xˆ . Волновые функции и энергии час-

тицы в бесконечно глубокой потенциальной яме шириной a :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(0)

=

 

2

sin

πnx

,

 

 

 

 

(0)

=

π2h2n2

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ψn

 

 

 

 

a

 

a

 

 

 

En

 

 

2ma2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Матричный элемент оператора возмущения:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

2

sin

πkx

 

x

 

 

2

sin

πx

dx =

2F

 

 

a

 

 

πx

sin

πkx

dx =

 

Vk1 = F0 ∫

 

a

 

a

 

 

 

a

a

 

a

0

 

 

∫x sin

a

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

2F

a

 

 

 

 

πx

 

 

πkx

 

 

 

 

 

 

 

F

 

a

 

 

 

 

 

 

 

π(k −1)x

 

 

 

π(k +1)x

=

0

∫x sin

 

 

 

 

 

sin

 

 

 

 

dx =

0

∫x cos

 

 

 

 

 

 

 

 

−cos

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx =

a

 

 

 

a

 

a

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π(k +1)x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

a

 

 

 

 

π(k −1)x

 

 

 

 

 

F

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

0

∫x cos

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx −

 

 

0

 

∫x cos

 

 

 

 

 

 

 

dx =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

 

 

 

 

a2

 

 

 

 

 

 

 

 

π(k

−1)x

 

 

 

 

π(k −1)x

 

 

π(k

−1)x

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a π

 

(k −1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

 

 

 

 

a2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π(k

+1)x

 

 

 

 

π(k +1)x

 

 

π(k

+1)x

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a π

 

 

(k +1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= aF0

 

 

 

 

 

 

((−1)k −1 −1)−

 

 

 

 

 

((−1)k +1

−

1)

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(k

−1)2

 

(n +1)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2aF

 

 

 

 

 

 

4k

 

 

 

 

приk четном;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

π

 

 

 

 

(k 2 −1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

приk нечетном.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (t)= e−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В случае а)

τ2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞

 

 

 

 

 

 

t 2

 

 

 

 

 

 

 

∞

 

 

 

 

t 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I =

∫eiωk1t e−τ2 dt =

 

 

∫eiωk1t

−τ2 dt .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В показателе экспоненты выделим полный квадрат

 

t2

+iωt = −

t2

+iωt +

ω2τ2

 

ω2

τ2

t

 

iωτ

2

ω2τ2

 

−

 

 

 

−

 

 

= −

 

−

 

 

−

 

.

τ2

τ2

4

4

τ

2

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

ωk1τ

2

 

2

 

ω2

τ2

 

 

ω2

τ2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞ −

τ

2

t −i

2

 

 

 

−

k1

 

 

 

 

 

−

k1

 

 

I =

 

e

4 dt = e

 

 

 

∫e

 

 

 

 

 

 

4

 

 

−∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вероятность перехода:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W (1)(1 → k )=

1

 

−

2aF0

 

 

 

 

 

h2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π2

 

 

Для нечетных k :

 

1

 

ωk1τ

2

 

2

 

ω2

τ2

 

 

 

 

 

 

∞ −

τ

2

t −i

 

 

2

 

 

dt = e

−

k1

 

 

 

 

 

4 τ π .

∫e

 

 

 

 

 

 

 

−∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4k

 

 

 

 

ωk21τ2

2

 

 

 

 

 

e

−

 

 

 

 

 

 

 

4 τ π .

 

 

 

(k 2 −1)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

64a2τ2k 2 F02

 

−

ωk1τ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W

 

 

(1 → k )= h2π3 (k 2 −1)4 e

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где частота перехода

 

 

 

 

Ek(0) − E1(0)

 

 

 

π2h(k 2 −1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ωk1 =

 

 

=

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

2ma2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В случае б)

f (t)= e−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

τ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞

 

 

 

−

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

iω

 

t

+

t

 

 

 

 

∞

 

iω

 

 

t

−

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I =

∫eiωk1t e

 

 

 

 

τ dt =

 

∫e

 

k1

 

 

 

τdt + ∫e

 

k

1

 

 

 

 

 

τdt =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

eiωk1t +

t

 

 

 

0

 

 

eiωk1t −

t

 

 

∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

τ

 

 

 

+

τ

 

 

 

=

 

 

τ

 

 

 

 

 

 

 

−

 

 

τ

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

2τ

.

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

iωk1 +

 

 

 

 

 

iωk1

−

 

 

 

 

 

 

iωk1τ+1

 

iωk1τ−1

 

 

ωk21τ2 +

1

 

τ

 

 

−∞

 

τ

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вероятность перехода:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

W (1)(1 → k )

 

 

1

 

 

2aF

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2τ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

h2

 

 

 

 

 

 

 

 

π2

 

 

 

−1)2

 

 

(k

+1)2

 

ωk21τ2

+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для нечетных k :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

256a

2τ2k 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W (1)(1 → k )=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h2π4 (k 2 −1)4 (ωk21τ2 +1)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Общее условие применимости теории возмущений:

5

6

= (ψ ( ) ˆ ( )ψ ( ))
Vkn k x ;V x n x ,

Vkm << Ek − Em ,

для данной задачи при малых номерах уровней:

 

 

 

 

 

F <<

π4h2

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

16ma3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

τ

2

 

 

 

(1)

(1

→ k )

64a2

τ2k 2 F02

 

−

ωk1

 

 

 

 

 

2

 

 

 

Ответ: а) W

 

= h2π3 (k 2 −1)4 e

 

 

 

,

б) W (1)(1 → k )=

 

 

 

256a2τ2k 2

 

 

.

 

 

 

 

 

 

h2π4

(k 2 −1)4 (ωk21τ2 +1)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. На плоский ротатор с моментом инерции J и дипольным моментом μ в момент времени t = 0 накладывается сла-

бое электрическое поле напряженностью:

r

r

−

t 2

r

r

−

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

а) Ε(x,t)= Ε0e

 

τ2

; б) Ε(x,t)= Ε0e

 

 

 

τ .

Вычислите в первом приближении теории возмущений вероятности возбуждений различных состояний частицы при t → ∞, если при t → −∞ ротатор находился в состоянии с квантовым числом m.

Вероятность возбуждения k -го состояния:

W (1)(n → k )= h12 Vkn I 2 ,

где n – квантовое число начального состояния, k – конечного, Vkn – матричные элементы оператора возмущения:

интеграл I – Фурье-образ временной функции f (t):

∞

I = ∫eiωknt f (t)dt ,

−∞

где частота перехода ωkn = Ek(0) − En(0) . h

Волновые функции и энергии частицы в бесконечно глубокой потенциальной яме шириной a :

ψ(m0) =

1

eimϕ ,

Em(0) =

h2m2

.

2π

 

 

 

 

2J

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ˆ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

= −Ε0 μcosϕ .

 

 

Оператор возмущения V (ϕ)= −Ε0 μ

 

 

 

 

Матричный элемент оператора возмущения:

 

 

 

V

 

= −2π

1

 

 

 

 

 

 

e−ikϕ

Ε

μcosϕ

 

 

1

 

 

 

 

eimϕdϕ =

 

 

 

km

 

 

∫0

 

2π

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ε0μ

 

2π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= −

 

 

 

∫e−ikϕ(eiϕ +e−iϕ )eimϕdϕ =

 

 

 

 

 

 

 

4π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ε0μ 2π i(m+1−k )ϕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ε

0

μ

 

 

 

k = m ±1;

= −

 

 

2π

 

i(m−1−k )ϕ

 

 

 

 

=

−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4π

∫e

 

 

 

dϕ+ ∫e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dϕ

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

k ≠ m ±1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (t)= e−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В случае а)

τ2

 

 

 

(см. задачу 3):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ω2

1

τ2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I = e

−

k

 

 

 

π .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 τ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вероятность перехода:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W (1)(m → m ±1)= 1 − Ε0μ e−

ω2

 

τ2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

τ π .

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для нечетных k :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ω2

τ2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2

2

e

−

 

 

k1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W (1)(m → m ±1)=

Ε0μ

πτ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4h2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где частота перехода

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h((m ±1)2 −m2 )= ±

h(2m ±1)

 

 

 

 

 

ωm±1,m =

Em(0±)1 − Em(0)

=

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2J

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2J

 

 

В случае б)

f (t)

= e−

 

 

 

(см. задачу 3):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

τ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I =

 

 

 

 

2τ

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вероятность перехода:

ωk21τ2 +1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W (1)(m → m ±1)=

1

 

 

− Ε0μ

2τ

 

 

 

 

 

 

Ε02μ2τ2

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(ωk21τ2 +1)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h2

 

2 ωk21τ2 +1

 

 

 

 

 

 

 

 

h2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

8

Общее условие применимости теории возмущений:

Vkm << Ek − Em ,

для данной задачи

 

 

Εμ <<

h2

(2m +1)

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J

 

 

ω2

τ2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2

2

e

−

k1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: а) W (1)(m → m ±1)=

Ε0μ

πτ

 

 

 

,

 

 

4h2

 

 

 

 

 

Ε02μ2τ2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б) W (1)(m → m ±1)=

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

h2

(ωk21τ2 +1)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Частица массы m находится в основном состоянии в бесконечно глубокой потенциальной яме шириной a . В неко-

торый момент времени правая стенка ямы быстро смещается в точку b > a. Найдите вероятности возбуждения различных

состояний частицы после остановки стенки.

Гамильтонианы системы при t < 0 и t > 0 :

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

H0

и H1

= H0

+V ,

функции состояния этих гамильтонианов

ψn (x,t)= ψn (x)e

−

Ent

~

~

−

Ent

.

h

h

 

 

и ψn (x,t)= ψn (x)e

 

 

Тогда функцию начального состояния можно разложить по новым функциям в ряд:

 

ψ n =

~

−

E k t

 

 

h

,

 

∑ cnk ψ n e

 

 

~*

 

k

 

 

 

ψndV . Тогда вероятность перехода из начального

где cnk = ∫ψk

состояния в конечное:

W (n → k )= cnk 2 .

Применим эти рассуждения к бесконечно глубокой потенциальной яме, где функции начального состояния

ψn = a2 sin πanx ,

для основного состояния

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ψ =

 

2 sin πx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и конечного

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

 

 

=

 

 

2

sin

πkx

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ψk

 

 

b

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Коэффициент разложения в ряд:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ck1 =

a

2

sin

πx

 

2

sin

πkx

dx

=

 

2

 

 

 

a

 

 

 

 

πx

sin

πkx

dx =

 

 

∫

a

 

a

 

 

b

 

 

 

b

 

 

ab

 

 

∫sin

 

a

 

 

b

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

2 1 a

 

 

 

 

 

 

 

ka

−b

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

ka

+b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ab 2

∫

cos π

 

 

 

ab

 

 

−cos

 

 

ab

 

 

x dx =

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ka −b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ka +b

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ab

sin

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

sin

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ab

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ab

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

π

 

 

 

 

 

 

ka −b

 

 

 

 

−

 

 

 

 

ka +b

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ka

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ka

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin

 

π

 

 

 

 

 

− π

 

 

sin π

 

 

 

 

 

+ π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ab

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

ka −b

 

 

 

 

−

 

 

 

 

ka +b

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ka

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ka

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ab

sin π

 

 

 

 

 

cos π−cos

π

 

 

 

 

sin π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ka −b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

ka

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ka

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin

 

 

 

cos π+ cos

π

 

 

 

 

 

 

 

sin π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ka +b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ab

 

 

 

ka

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2b

 

ab

 

 

 

 

 

 

 

 

ka

=

 

sin

π

 

 

 

 

−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin

π

 

.

π

 

b

 

 

ka −b

 

ka +b

 

π(k

2

a

2

 

−b

2

)

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

10

 

W (1 → k )=

 

2b ab

 

 

 

 

 

ka

 

 

2

 

 

 

 

 

4ab3

 

 

 

2

 

ka

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin

π

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

sin

 

π

.

 

π(k 2a2 −b2 )

b

 

 

π2

(k 2a2 −b2 )2

 

 

При b = 2a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

W (1 → k )=

 

32

 

 

 

 

 

 

2

 

πk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π2 (k 2 − 4)2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

при

четных k = 2m

sin πn = 0 ,

 

 

при

 

 

нечетных

 

 

k = 2m +1

 

πm +

π

 

, W (1 → 2m +1)=

 

 

 

 

 

 

 

 

32

 

 

,

 

то

есть

sin

 

= ±1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

π2 ((2m +3)(2m −1))2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

возможны переходы только на нечетные уровни.

Ответ: W (1 → k )=

 

4ab3

 

2

 

π

ka

 

 

sin

 

 

 

.

π2

(k 2a2 −b2 )2

 

b

 

 

 

 

 

 

6. На заряженный линейный гармонический осциллятор, находящийся в основном состоянии, внезапно накладывается однородное электрическое поле, направленное вдоль оси колебаний. Найдите вероятность возбуждения первого возбужденного состояния.

Гамильтонианы системы при t < 0 и t > 0 :

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

H0

и H1

= H0

+V ,

функции состояния этих гамильтонианов

ψn (x,t)= ψn (x)e

−

Ent

~

~

−

Ent

.

h

h

 

 

и ψn (x,t)= ψn (x)e

 

 

Тогда функцию начального состояния можно разложить по новым функциям в ряд:

 

ψ n =

~

−

E k t

 

 

h

,

 

∑ cnk ψ n e

 

 

~ *

 

k

 

 

 

ψndV . Тогда вероятность перехода из начального

где cnk = ∫ψk

состояния в конечное:

W (n → k ) = cnk 2 .

Применим эти рассуждения к бесконечно глубокой потенциальной яме, где функции начального состояния

ψn =

2 sin

πnx

,

 

a

a

 

для основного состояния

 

 

1

−

x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

ψ0

=

 

 

2

,

a =

a

e 2a

 

mω

 

 

π

 

 

 

 

и первого возбужденного:

 

2x

 

−

x

2

 

 

 

 

 

 

ψ =

e

2a

2

,

 

 

 

1

a 2a

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

причем при наложении поля происходит смещение энергетических уровней и координат (см. задачу 7 темы 7):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

qΕ

 

 

 

 

 

 

 

qΕ

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 x −

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mω2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

 

 

mω2

 

−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2a2

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ψ1

 

a

 

2a π

 

 

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Коэффициент разложения в ряд:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

qΕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

qΕ

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 2 2 x −

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mω2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞

 

 

1

 

 

−

 

 

ω2

−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ck1 =

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx =

 

 

 

 

 

 

 

 

∫

 

 

 

 

 

e

 

 

2a

 

 

 

 

 

 

m

π

 

 

 

 

 

 

 

2a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−∞ a

π

 

 

 

 

 

 

 

a

 

2a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

qΕ 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

+

x−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

∞

 

 

 

 

qΕ

 

−

 

 

 

 

 

 

 

 

mω2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

−

 

 

 

 

 

 

2a

 

2

 

 

 

 

 

 

dx .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫

x

mω2

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a2 2π

−∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Преобразуем показатель экспоненты:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

qΕ 2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

qΕ

 

 

 

 

 

 

q2Ε2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

+

x −

 

 

 

 

 

 

 

 

= 2x

 

 

−2x

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mω2

 

 

 

 

 

 

mω2

 

m2ω4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

qΕ

 

 

 

 

2

Ε

2

 

 

 

 

 

 

2

Ε

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

qΕ

 

 

 

 

2

 

2

Ε

2

 

 

 

 

 

 

 

q

 

 

 

 

 

 

 

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

 

 

 

= 2 x

 

− 2x

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

= 2 x

−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

2

 

 

4m

2 4

 

2m

2

ω

4

 

2mω

2

2m

2

ω

4

 

 

 

2mω

 

 

 

ω

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

qΕ

 

 

2

 

 

 

q 2

Ε2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 x

−

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2mω2

 

2m

2 ω4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

∞

 

 

 

 

 

 

 

qΕ

 

−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ck1 =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2a 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx =

 

 

 

 

 

 

 

 

a2

 

2π

∫

x −

 

mω2

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

qΕ

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q 2 Ε2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

−

 

 

 

 

∞

 

 

 

 

 

 

qΕ

−

 

 

 

2mω2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

2π

e 4a

m

 

ω

 

 

∫

 

x

−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

dx =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−∞

 

 

 

 

mω2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

qΕ

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

−

 

q 2 Ε2

 

 

∞

 

 

 

 

 

 

qΕ

 

 

 

 

 

−

 

t 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

= t = x −

2mω2

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e 4a

m

ω

 

 

∫

 

t −

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e a

 

dt

=

a2 2π

 

 

 

 

2mω2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

−

 

q 2 Ε2

 

 

 

∞

 

 

−

t 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

qΕ

 

 

∞

−

 

t 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

4

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

dt

 

 

 

 

=

 

 

 

 

e

4a

 

m

ω

 

∫

 

te

a

 

 

dt

−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫e

a

 

 

=

 

 

 

 

2π

 

 

 

 

 

 

 

2mω2

 

 

 

 

 

 

a2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

qΕ

 

 

 

 

−

 

 

q 2 Ε2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= −

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4a

2

m

2

ω

4

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

2mω2

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вероятность перехода

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W (0 →1)=

 

 

 

 

 

qΕ

 

 

 

 

 

e−

 

q 2 Ε2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

q2

Ε2

 

e−

q 2 Ε2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−

 

 

 

 

 

 

 

 

4a 2 m2 ω4

 

 

=

 

 

 

 

2a 2 m2 ω4 .

a 2mω2

 

 

 

2a2m2ω4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: W (0 →1)=

 

 

 

q2Ε2

 

 

e−

 

 

q 2 Ε2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2a 2 m2 ω4 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2a2m2ω4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13

КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА

Решение задач по теме 11:

«Квазиклассическое приближение. Вариационный метод»

Задачи

1. Определите уровни энергии квантового линейного гармонического осциллятора в квазиклассическом приближении.

Вероятность частицы иметь координату z от z1 до z2

 

∞

 

∞

z

Ψ(x, py , z)

 

2 ,

 

 

w = ∫dx ∫dpy ∫2 dz

 

 

 

−∞

−∞

z1

 

 

 

 

 

 

где Ψ(x, py , z)= ∫ exp(−

ipy y

)Ψ(x, y, z)dy

– функция состояния час-

h

 

2πh

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тицы в представлении оператора p€y .

 

 

 

 

∞

∞

z

 

exp(−

ip y y

 

2

 

)Ψ(x, y, z)dy

 

Ответ: w = ∫dx ∫dpy

∫2 dz

∫

 

.

h

−∞

−∞

z1

 

2πh

 

 

 

 

2. Для частицы, находящейся

в потенциальном поле

U =U0 x ν, найдите в квазиклассическом приближении харак-

тер изменения расстояния между соседними энергетическими уровнями энергий с увеличением n в зависимости от ν.

В квазиклассическом приближении условие квантования:

1

x0

 

1

 

 

∫

2m(En −U )dx = π n +

2

,

h

−x0

 

 

 

1

x0

2m(En −U0

 

x

ν

 

 

 

 

 

 

 

 

+

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫

 

 

 

 

 

)dx = π n

2

,

 

 

 

 

 

 

h

−x0

 

 

 

 

 

E

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где точка поворота x

=

 

 

n

 

ν

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. Найдем интеграл, сделав замену

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

U0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

ν =

U0

 

 

x

 

ν ,

 

t0 =1,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

En

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2mEn E

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

2m −

 

 

 

 

 

1

ν

 

 

 

 

 

 

ν

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

∫

1

− t dt

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U

0

νC(ν)= π n +

 

,

 

 

 

= E ν 2

 

 

 

 

 

 

 

h

U0

−1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

2+ν

 

 

 

 

hπ

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

E 2ν =

 

 

 

 

 

 

 

U ν

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

2

 

= A(ν) n +

2

,

 

 

 

n

C(ν) 2m

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2ν

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

En =

 

 

 

 

 

 

+

2+ν

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A(ν) n

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расстояние между уровнями

 

 

 

n =1:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂E

 

 

 

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2ν

 

 

 

 

 

 

ν−2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ν+2

 

 

 

 

 

 

En =

 

 

 

n n

= A(ν)

 

 

 

 

 

n

+

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

ν+

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂n

 

ν−2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ν−2 >0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

En

 

 

 

 

 

 

 

 

Если

 

то

 

nν+2

>1 ,

 

 

тогда

 

 

увеличивается, если

 

ν+2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ν−2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ν−2 < 0 , то nν+2

<1 , тогда

 

 

En

 

 

уменьшается, при ν = 2 потен-

ν+2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

циальное поле совпадает с гармоническим осциллятором, для которого уровни энергии эквидистантны.

Ответ: уровни энергии разрежаются при ν > 2 и сгущаются при ν < 2 , при ν = 2 расстояние между уровнями постоянно.

3. Используя квазиклассическое приближение, найдите верхние энергетические уровни энергии дискретного спектра частицы в поле

1

2

 

α

x

> a;

 

 

 

 

 

 

−

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

 

 

U (x)=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞

x < a.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В квазиклассическом приближении условие квантования:

 

 

 

1

x0

 

 

 

 

1

 

 

 

 

∫

2m(En

−U )dx = π n +

,

 

 

 

h

−x0

 

 

 

 

2

 

 

 

1 x0

 

 

 

α

 

1

 

 

 

 

h

∫

2m En +

dx = π n +

2

,

 

 

 

a

 

 

 

x2

 

 

где точка поворота

x = α

 

. Верхние энергетические уровни

 

 

 

 

 

0

En

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

дискретного спектра близки к нулю, при этом n + 12 ≈ n . Найдем интеграл, положив в подынтегральном выражении En =0 :

 

x

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

x0

 

2mαdx =

2mα

 

2mα ln x ,

1

∫0

 

∫0 dx

=

h

a

 

x2

 

 

 

h

 

a x

 

 

h

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2mα

 

 

 

α

 

 

 

 

 

α

−

2hπ

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln

 

 

 

= πn ,

En = −

 

e mα .

 

h

 

a2 En

a2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

α

−

2hπ

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: En = −

 

 

e

mα .

 

 

 

 

 

 

 

 

a2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Получите приближенное значение энергии основного состояния частицы массы m, находящейся в бесконечно глу-

бокой потенциальной яме ширины a, вариационным мето-

дом, используя пробные функции вида:

а) ψ(x)= Ax(x −a),

б)

ψ(x)= Asin 2 πx

,

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в) ψ(x)= A

a

−

x −

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Энергия основного состояния равна минимуму от среднего

значения оператора ˆ Оператор Гамильтона

H.

 

 

 

 

 

 

 

 

ˆ

 

h2 ∂2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H = −

2m

 

∂x2

.

 

 

 

 

 

 

Найдем среднее значение энергии

* ∂2ψ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ˆ

 

 

h2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E = (ψ; Hψ )= −

2m

∫ψ

∂x2

dx =

 

 

 

2 dx .

= −

h2

ψ* ∂ψ

 

∞

+

h2

∫∂ψ* ∂ψ dx =

h2

∫

 

∂ψ

 

 

 

 

 

 

 

 

2m ∂x

 

−∞

 

2m ∂x ∂x

 

2m

 

∂x

 

 

 

 

 

 

 

Воспользуемся полученным выражением для предложенных функций:

а) Пронормируем функцию

A

2 a

(x −a)2 dx =

 

A

2

a

a

a

 

=

∫x2

 

 

 

∫x4dx −2a∫x3dx +a2

∫x2dx

 

0

 

 

 

 

 

0

0

0

 

 

=

 

A

 

2

a

5

1

−

1

+

1

=

 

 

A

 

2 a5

=1 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

2

 

3

 

30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

откуда

 

 

 

 

 

 

 

 

A =

30 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a5

 

 

 

 

 

 

 

Производная функции:

∂∂ψx = A ∂∂x x(x − a)= A(2x − a)

Среднее значение энергии

 

 

 

 

 

 

=

h

2

 

A

 

2 a

(2x −a)2 dx =

h

2

305 a3

1

=

 

5h

2

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E

 

 

 

 

∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2m

 

 

 

 

 

 

3

ma

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

2m a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б) Пронормируем функцию

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 a

 

 

 

4 πx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 1 a

 

 

 

 

 

 

 

2πx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4πx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

∫sin

 

 

 

dx

 

=

A

 

∫

2

−

4 cos

 

 

 

 

+1

+cos

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx =

 

a

 

8

 

 

a

 

 

 

 

a

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 1

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

2πx

 

 

a

 

 

 

4πx

 

 

 

 

 

3

 

A

 

2 a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

A

8

3x −4

 

2πx

 

sin

 

a

+

 

4πx

 

sin

 

a

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

4

 

 

=1 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

откуда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A =

4 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Производная функции:

3

4

∂∂ψx = A ∂∂x sin2 πax = A πa sin πax cos πax = A2πa sin 2πax .

Среднее значение энергии

 

 

 

 

h2

 

A

 

2

 

 

 

π2 a

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h2

 

 

 

4

 

 

 

 

π2

a

 

 

 

π2h2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫0 sin

2 2 x

dx =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a2

=

 

 

 

 

 

.

 

 

2m

 

 

4a2

 

 

a

 

8m

3a

 

2

12ma2

в) Пронормируем функцию

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

a 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

∫

 

a

 

−

x −

 

 

 

dx =

A

2

 

 

 

 

∫

 

x2dx +

 

∫

(a − x)2 dx

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

2

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

2 a3

 

 

 

a 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

A

 

2 a3

1

 

=

 

 

 

A

 

 

=1 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

 

 

 

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

откуда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A =

 

12 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Производная функции:

 

 

 

 

 

 

 

a3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

при

 

 

0 < x < a 2,

 

 

 

 

 

 

∂ψ

= A

 

∂

a

− x −

a

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

− A

при

 

 

a 2 < x < a.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Среднее значение энергии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

2

 

 

A

 

2

a 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

2

 

12

 

 

6h

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫

 

1 dx + ∫(−

1) dx

=

 

 

 

 

 

 

 

3

a

=

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2m

 

 

 

2m a

ma

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

a 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5h2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π2h2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6h2

 

 

 

Из вариантов а)

 

E =

 

,

 

б)

 

 

 

E =

 

 

 

 

,

в)

E =

 

мини-

 

 

ma2

 

 

 

 

12ma2

 

ma2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

мальное значение энергии в случае б) E = π2h22 . Это значит, что

12ma

наиболее близка к волновой функции основного состояния функ-

ция ψ(x)= 34a sin2 πax .

 

 

 

5h2

 

 

 

π2h2

 

 

 

6h2

 

Ответ: а) E =

, б) E =

, в) E =

.

ma2

12ma2

ma2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Найдите приближенное значение энергии квантового гармонического осциллятора вариационным методом, используя пробные функции вида:

а) ψ(x)=

 

A

 

, б) ψ(x)=

 

 

A

 

 

,

1+

x2

 

 

 

x

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

a

 

1

 

a

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где a = mhω .

Энергия основного состояния равна минимуму от среднего

значения оператора ˆ Оператор Гамильтона для гармоническо-

H.

го осциллятора

 

 

 

ˆ

 

 

 

 

h2

 

∂2

 

 

 

mω2 x2

 

 

 

 

 

 

 

H

= −

2m

 

∂x2

+

 

2 .

 

 

 

Найдем среднее значение энергии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ˆ

 

 

h2

 

 

 

* ∂2ψ

 

 

 

 

mω2

 

*

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E = (ψ; Hψ )= −

 

2m

∫ψ

 

∂x2

 

dx +

 

2

∫ψ

 

x ψdx =

 

 

 

h2

 

 

∂ψ

 

2

 

 

mω2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

∫

 

dx +

∫

xψ

dx .

 

 

2m

 

∂x

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Воспользуемся полученным выражением для предложенных функций:

а) Пронормируем функцию

 

 

 

∞

 

 

 

1

 

 

 

 

x = a tg t

 

 

 

 

 

 

π

 

adt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

dx =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

A

 

 

=

 

 

∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

adt

 

 

 

∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

−∞

 

 

 

 

x2

 

 

 

dx =

 

 

 

 

 

 

 

 

−π cos2 t(1 + tg2 t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos

2

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

a

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

a

 

A

 

2

π

 

 

 

 

 

 

 

 

aπ

 

A

 

2

 

 

 

 

 

= a

 

A

 

2 ∫2 cos2 tdt =

 

 

∫2 (1+cos 2t)dt =

 

 

=1 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−

π

 

 

 

2

 

 

 

−π

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

откуда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A =

 

2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

aπ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Производная функции:

5

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ψ

=

 

 

∂

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

= −

 

 

 

 

 

2Ax

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂x

∂x

1+

 

x2

 

 

 

 

 

x

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

2

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

a

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ψ

 

2

 

=

 

 

 

4

 

A

 

2 x2

 

 

 

 

 

,

 

 

xψ

 

2

=

 

 

 

 

A

 

2 x

2

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂x

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

x2 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

a

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

a

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Среднее значение энергии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

2

 

A

 

2 h2

 

∫

 

 

 

 

 

x2dx

 

 

 

 

+

 

A

 

2 mω2

∫

 

 

 

 

x2dx

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

x

2

4

 

 

 

 

 

 

 

x2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ma

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1+

 

a

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

a

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где интегралы берутся от

 

−∞

 

 

до ∞ :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞

x2dx

 

 

 

 

 

x = a tg t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

tg2 tdt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

adt

 

 

 

 

 

 

 

∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

−∞

 

 

 

x

2

 

 

 

 

dx

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−π cos2 t(1 + tg2 t)

 

 

 

 

 

 

 

cos

2

t

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

a

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ππ

 

 

 

 

 

 

3

2

 

 

2

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

a3

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

= a

 

∫sin

 

 

t cos

 

tdt

=

 

 

 

 

∫(1

−cos 2t)(1

+cos 2t) dt =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8 −π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a3

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a3

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

=

 

 

∫(1

+cos 2t −cos

 

2t −cos

 

2t)dt =

 

π+0

−

 

−0 =

8

 

 

 

8

2

 

 

−

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞

 

 

x2dx

 

 

 

x = a tg t

 

 

 

 

 

 

π

 

tg2 tdt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= a

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

adt

 

 

∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

−∞

 

 

x2

 

 

 

dx =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−π cos2 t(1+ tg2 t)

 

 

 

 

 

 

 

 

cos

2

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1+

a

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a3

 

 

 

 

 

 

 

 

a3

 

 

 

 

 

πa3

= a3

 

∫2 sin2 t cos2 tdt =

 

∫2 sin

2 2tdt =

 

∫2 (1−cos 4t)dt =

 

 

 

 

 

 

 

−π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

−

π

 

 

 

 

 

 

8

 

−π

 

 

 

 

8

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

πa3 , 16

.

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

A

 

2 h2 πa3

 

 

 

A

 

2 mω2 πa3

 

 

 

A

 

2 πa3

 

 

 

 

 

 

h2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

4 + mω

 

 

 

 

 

ma

16

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

16

 

 

 

 

 

ma

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Учтем, что a =

 

 

 

h

 

 

, а A =

 

 

 

2

 

, тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mω

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

aπ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

h2m2ω2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E =

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+mω

 

 

=

 

 

 

 

hω.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8mω

 

 

 

 

 

 

 

mh

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б) Пронормируем функцию

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x = a tg t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= a

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

adt

 

 

 

 

 

 

 

∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

−∞

 

 

 

 

 

x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

dx =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−π

cos

2 t(1+ tg2 t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos

2

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

a

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

A

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= a

 

A

 

2 ∫2 cos6 tdt =

 

 

 

∫2 (1+cos 2t)3 dt =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

−π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

A

 

2

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5πa

 

A

 

2

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

∫2 (1+3cos 2t +3cos2 2t

+cos3 2t)dt =

 

 

 

=1

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

−

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

откуда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

=

 

 

 

16 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Производная функции:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5πa

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ψ

=

∂

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

= −

4x

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂x

∂x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 2

 

a2

 

 

 

 

x2

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1+ a2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1+ a2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ψ

 

2

=

 

16

 

A

 

2 x2

 

,

 

 

 

 

xψ

 

2

=

16

 

A

 

2 x

2

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂x

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

2 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1+ a2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

Среднее значение энергии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

8

 

A

 

2 h

2

∫

 

 

 

 

 

x2dx

 

 

 

+8

 

A

 

2 mω2 ∫

 

 

 

x2dx

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ma

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1+ a2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

+ a2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где интегралы берутся от −∞

до ∞ :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞

x2dx

 

 

 

 

 

 

x = a tg t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

tg2 tdt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

adt

 

 

 

 

 

∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

−∞

 

 

x2

 

 

 

 

 

 

dx =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−π

cos2 t(1+ tg2 t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos

2

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

+ a2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a3

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5πa3

 

 

 

 

 

 

3

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= a

 

 

 

∫sin

 

t cos

 

 

tdt =

 

 

 

 

 

 

∫

(1−cos 2t)(1+cos 2t) dt

 

=

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

32

 

128

 

 

 

 

 

 

 

−π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞

 

 

 

 

 

x2dx

 

 

 

=

πa3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

2

4

 

 

 

16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 h2 5πa3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

+ a2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 πa3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2 πa3

 

 

 

 

 

A

 

5h2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+8

A

mω

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+8mω

 

 

 

 

 

 

ma

4

 

 

 

 

128

 

 

16

 

 

 

 

 

 

16

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ma

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Учтем, что a =

 

 

 

 

 

h

 

 

 

, а

 

A =

 

 

 

16

 

 

, тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mω

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5πa

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a2

5h2

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

5h2m2ω2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 +8mω

 

 

 

=

 

5mω

 

mh

2 +8mω

 

 

 

=

5

hω.

 

 

 

 

 

 

 

5 ma

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Из вариантов а)

 

 

=

3 hω, б)

 

 

 

=

13 hω

, минимальное значе-

 

E

 

E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ние энергии в случае а) E = 83 hω. Это значит, что наиболее близ-

ка к волновой функции основного состояния функция

ψ(x)= 1+Ax2 . a2

Ответ: а) E = 83 hω, б) E = 135 hω.

9