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一、证明题

1． —粒子处于势场V （x ）中，且势V （x ）没有奇点. 假设相应的本征能量色【答案】由题意

并在方程两边同时积分

又

则

则由正交归一化条件有

有

考虑到哈密顿算符的厄米算符性质并利用式Ⅱ有设粒子本征波函数完备集为

试证明这两个波函数对应的态矢正交.

是束缚态的波函数，

态矢为态矢为

即

Ⅳ、Ⅴ代入Ⅲ有

此即亦即两个波函数对应态矢正交.

2． 证明么正变换不改变算符的本征值。

【答案】设在某一表象下，一个幺正变换的矩阵表示为S 。对任意算符，其在该表象下的矩阵表示为F ， 则对其进行么正变换后的矩阵表示为：

由于相似变换不改变矩阵本征值，故

与F 本征值相同，因此么正变换不改变算符本征值。

二、计算题

3． 对于一维无限深势阱（1）写出单粒子能级

和波函数

（2）如果有两个无相互作用的自旋为能量值和波函数。

的全同粒子在此势阱中，写出此系统基态和第一激发态的

【答案】二电子体系，总波函数反对称。一维势阱中，体系能级为：

（1）

基态：

空间部分波函数是对称的

：自旋部分波函数是反对称的：

总波函数：

（2）第一激发态：空间部分波函数：自旋部分波函数：

二电子体系的总波函数：

基态不简并，第一激发态是四重简并的。

4． 验证球面波

满足自由粒子的薛定谔方程：

（注：【答案】

故

其中代表仅与角度有关的微分算符）

则

故

由（1）（2）（3）式可得

此即所需证明方程.

5． 设限制在边长为L 的立方体中的单粒子的本征能量与本征波函数是已知的，其中基态是非简并的，而第一激发态与第二激发态都是3重简并的. 具体而言，基态的本征能量与轨道波函数分别为

第1激发态的本征能量与轨道波函数分别为

第2激发态的本征能量与轨道波函数分别为且前三个单粒子能级是等间隔的.

设由4个上述单粒子构成的全同粒子体系，限制在边长为L 的立方体中. 计算体系的较低的2个本征能量及相应的简并度.

【答案】题中并未给出粒子是费米子还是玻色子，故分两种情况讨论： 由题意可知（1）粒子为费米子

此时粒子应该遵守泡利不相容原理，每个波函数最多容下两个粒子. 体系最低能量：对应波函数有

其简并度为6.

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