Normalizacja wielomianu i odczyt w pierwszej ćwiartce
W wybranej chwili ψ(x)=Ax(L−x) dla 0≤x≤L, a poza tym przedziałem ψ=0. Przyjmij L=2,0 nm oraz rzeczywiste A>0. Wyznacz A z jednostką, a następnie prawdopodobieństwo znalezienia cząstki między 0 a L/4. Czy jest ono równe 25%?
Pokaż rozwiązanieUkryj rozwiązanie
W tym zadaniu
Wskazówka
Znormalizuj kwadrat całej funkcji, nie samą funkcję. Po podstawieniu u=x/L całka prawdopodobieństwa nie zawiera już L.
Rozwiązanie
Najpierw całkowite prawdopodobieństwo
Nie zakładamy równomiernego rozkładu. Mamy |ψ|²=A²x²(L−x)². Rozwinięcie nawiasu daje L²x²−2Lx³+x⁴, a całka od 0 do L wynosi L⁵(1/3−1/2+1/5)=L⁵/30. Z normalizacji:
A^2\frac{L^5}{30}=1,\qquad A=\frac{\sqrt{30}}{L^{5/2}}\approx0{,}96825\ \mathrm{nm^{-5/2}}.
Wartość liczbową podaliśmy dla x i L wyrażonych w nanometrach. Wtedy ψ ma jednostkę nm−1/2. Wstawianie metrów do wzoru z takim liczbowym A bez przeliczenia jednostek zmieniłoby stan zamiast tylko jego zapisu.
Całka po pierwszej ćwiartce
Po podstawieniu u=x/L mamy dx=Ldu, więc czynniki długości się skracają:
P=30\int_0^{1/4}u^2(1-u)^2\,du=\left[10u^3-15u^4+6u^5\right]_0^{1/4}=\frac{53}{512}.
Odpowiedź: P≈0,10352, czyli 10,35%. Pierwsza ćwiartka leży blisko ściany, gdzie funkcja falowa i gęstość są małe. Sama długość przedziału nie wystarcza do wyznaczenia prawdopodobieństwa.
Sprawdzenie wyniku
Przez symetrię ostatnia ćwiartka ma takie samo prawdopodobieństwo. Dwie zewnętrzne ćwiartki dają 2·53/512=53/256. Dla środkowej połowy pozostaje 203/256. Suma wynosi jeden, a każde prawdopodobieństwo jest nieujemne. Zmiana samego L nie zmienia tych ułamków, jeśli pytamy o te same względne części przedziału.
Powiązana teoria
Funkcja falowa: jak obliczyć prawdopodobieństwo położenia?
Dalsza lektura
Najpierw spróbuj samodzielnie. Zapisz dane, wybierz prawa fizyczne i sprawdź jednostki. Przejdź do zadań ze sprawdzaniem odpowiedzi »
← Wróć do działu: Zadania Do góry ↑
Komentarze (0)
Nie ma jeszcze opublikowanych komentarzy. Rozpocznij rozmowę o tym materiale.
RSS komentarzy · Powiadomienia e-mail
Dodaj komentarz
Możesz komentować jako gość lub zalogować się, aby użyć danych konta. Utwórz konto