2.4 薛定谔方程的势函数 Potential functions in the Schrodinger Eqution

https://www.youtube.com/watch?v=FQugbwN9F-E&list=PL65jGfVh1ilueHVVsuCxNXoxrLI3OZAPI&index=16

前言

量子力学的主要内容就是求解薛定谔方程,事实上,对于每一个 不同的体系,都有不同的薛定谔方程,即不同的势能函数,本科讲薛定谔方程中的势能部分

1. SE中的势能部分

1.1 TISE 时间不相关薛定谔方程

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对薛定谔方程进行简单的变化:


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  • 如果V(x) > E的话,那么波函数对x的二次求导就是>0

  • 如果V(x)<E的话,那么波函数对x的二次求导就是<0

1.2 常用的势能距离

  • 一维深势阱“Particle in a box"(Hard)

  • 在(-a,a)的区间内势能=0,在区间之外势能无限大

  • 谐振子势能 “Harmonic oscillator”

  • 粒子会像一个弹簧一样在中心位置左右移动

  • δ函数势能

  • 在x=0出势能为负无限,x=\0处,势能为0

  • 一维浅势阱 “Particle in a box" (soft)

  • 在(-a,a)的区间内势能=0,在区间之外势能等于常数。

  • 无势能

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2. 波函数与势能

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2.1 上述TISE波函数对x的二次倒数,其实就是曲率!

  • 根据V(x)和E,以及波函数的正负,就可以画出波函数的曲率

  • 如果V(x) > E, 且波函数位于第一象限,即波函数>0(波函数是一个复数,正负好像没有什么意义,这里sloppy了一下,就认为波函数纵坐标为正负标准),此时波函数开口向上

  • 如果V(x)>E,且波函数<0(第四象限),那么波函数开口向下

  • 总体来看波函数是远离x轴的

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  • 同理,如果V(x<E) 如下图所示,总体来看波函数是朝向x轴的
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  • 根据上述推导,我们可以根据下面的势能图来简单画一个定性的波函数

  • 注意:如果波函数的二次倒数是不连续的,那么一次倒数就是连续的,0次倒数是平滑的

  • 在区间内,选择一个中间点作为起始点,两边分别朝向x轴

  • 在区间外,因为波函数连续平滑,所以斜率绝对值会变小,然后慢慢朝向原理x轴的方向,下图画了三种可能的波函数图样

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  • 测试,选出可能的波函数图像(显然选c)

  • 注意曲率

  • 注意边界条件

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