Które funkcje spełniają warunki nieprzenikalnych ścian?
W studni 0<x<L zaproponowano trzy funkcje: ψₐ=C sin(2πx/L), ψᵦ=C cos(πx/L) oraz ψc=C sin(πx/(2L)), gdzie C≠0. Poza studnią każda funkcja ma być zerowa. Która jest stanem własnym tego modelu? Dla dopuszczalnej funkcji wyznacz C>0 i energię. Sprawdź też, czy równanie dla E=0 pozwala zbudować inny znormalizowany stan.
Pokaż rozwiązanieUkryj rozwiązanie
W tym zadaniu
Wskazówka
Sprawdź wartości przy x=0 i x=L, zanim zaczniesz normalizować. Dla E=0 rozwiązaniem równania wewnątrz studni jest funkcja liniowa.
Rozwiązanie
Dwie ściany są dwoma warunkami
Funkcja ψₐ zeruje się w obu końcach: sin0=sin2π=0. Dla ψᵦ już wartość w x=0 jest równa C, a dla ψc wartość w x=L wynosi C sin(π/2)=C. Dwie ostatnie propozycje nie spełniają warunków tego modelu. Możliwość policzenia ich skończonej normy nie naprawia braku zgodności ze ścianami.
Normalizacja i energia poprawnej propozycji
Całka C²sin²(2πx/L) po 0≤x≤L daje C²L/2. Stąd C=√(2/L). Druga pochodna tej funkcji wynosi −(2π/L)²ψₐ. Po wstawieniu do równania Schrödingera:
E=\frac{\hbar^2}{2m}\left(\frac{2\pi}{L}\right)^2=4E_1.
Jest to stan n=2, z jednym węzłem wewnętrznym. Nie ma dwóch niezależnych stanów odpowiadających C i −C: różnią się tylko globalną fazą.
Sprawdzamy E=0 osobno
Wtedy ψ″=0 i ψ=Dx+B. Warunek ψ(0)=0 daje B=0, a ψ(L)=0 daje DL=0. Ponieważ L>0, także D=0. Otrzymaliśmy funkcję zerową, której norma wynosi zero. Nie można jej przeskalować do normy jeden. Najniższym dopuszczalnym stanem jest n=1 z dodatnią energią, nie n=0.
Powiązana teoria
Nieskończona studnia potencjału: skąd biorą się dozwolone energie?
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