Kvantfysik SI1151 för F3 Tisdag kl

Relevanta dokument
Kvantmekanik II (FK5012), 7,5 hp

TENTAMEN I KVANTFYSIK del 1 (5A1324 och 5A1450) samt KVANTMEKANIK (5A1320) med SVAR och LÖSNINGSANVISNINGAR Tisdagen den 5 juni 2007

s 1 och s 2 är icke kvantmekaniska partiklar? e. (1p) Vad blir sannolikheterna i uppgifterna b, c och d om vinkeln = /2?

FK Kvantfysikens principer, Fysikum, Stockholms universitet Tentamensskrivning, onsdag 16 december 2015, kl 17:00-22:00

FK Kvantfysikens principer, Fysikum, Stockholms universitet Tentamensskrivning, onsdag 21 december 2016, kl 17:00-22:00

Tentamen, Kvantfysikens principer FK2003, 7,5 hp

Hjälpmedel: Det för kursen ociella formelbladet samt TeFyMa. 0 x < 0

1. Låt kommutatorn verka på en vågfunktion och inför att ˆp x = i h d. d2 (xψ(x)) ) = h 2 (x d2 Ψ(x) = i2 hˆp x Ψ(x) [ev] E n = 13, 6 Z2 n 2

4-1 Hur lyder Schrödingerekvationen för en partikel som rör sig i det tredimensionella

Instuderingsfrågor, Griffiths kapitel 4 7

Kvantmekanik och kemisk bindning I 1KB501

Dugga i FUF040 Kvantfysik för F3/Kf3

Kvantmekanik II - Föreläsning 7

Vågrörelselära & Kvantfysik, FK januari 2012

Number 14, 15, 16, and 17 also in English. Sammanställning av tentamensuppgifter Kvant EEIGM (MTF057).

Atom- och kärnfysik med tillämpningar -

Föreläsning 6. Amplituder Kvanttillstånd Fermioner och bosoner Mer om spinn Frågor Tentan. Fk3002 Kvantfysikens grunder 1

Tentamen i Modern fysik, TFYA11, TENA

TENTAMEN I FYSIKALISK KEMI KURS: KEM040 Institutionen för kemi Göteborgs Universitet Datum: LÄS DETTA FÖRST!

KVANTMEKANIK SAMMANFATTNING Om du hittar fel eller oklarheter, skicka mig ett mail.

Kvantmekanik II - Föreläsning 10

Gamla tentafrågor, FYS022:2, Statistisk Fysik, rörande kvantmekanik

KVANTMEKANIK SAMMANFATTNING Om du hittar fel eller oklarheter, skicka mig ett mail.

Tentamen. TFYA35 Molekylfysik, TEN1 24 oktober 2016 kl Skrivsal: G34, G36, G37

GÖTEBORGS UNIVERSITET Institutionen för fysik LÖSNINGAR TILL TENTAMEN I MEKANIK B För FYP100, Fysikprogrammet termin 2

Lösningsanvisningar till tentamen i SI1161 Statistisk fysik, 6 hp, för F3 Onsdagen den 2 juni 2010 kl

Atom- och kärnfysik med tillämpningar -

Tentamen i Modern fysik, TFYA11, TENA

Fysik TFYA86. Föreläsning 11/11

Bose-Einsteinkondensation. Lars Gislén, Malin Sjödahl, Patrik Sahlin

Räkneuppgifter 1, kvantmekanik

1-1 Hur lyder den tidsberoende Schrödingerekvationen för en partikel som rör sig längs x-axeln? Definiera ingående storheter!

2.4. Bohrs modell för väteatomen

Lösning till tentamen i SF1633 Differentialekvationer I för BD, M och P, , kl

Tentamen Fysikaliska principer

Fysiska institutionen april 1983 Hans Linusson, Carl-Axel Sjöblom, Örjan Skeppstedt januari 1993 FY 2400 april 1998 Distanskurs LEKTION 25.

Frielektron fermigas i en kristall. L z. L y L x. h 2 2m FRIELEKTRONMODELLEN

Tentamen i Modern fysik, TFYA11/TENA

F3: Schrödingers ekvationer

Föreläsning 8 Elementarpartiklar, bara kvarkar och leptoner

Gamla tentafrågor, FYS022:2, Statistisk Fysik, rörande kvantmekanik

Föreläsning 8 Elementarpartiklar, bara kvarkar och leptoner

Tentamen i FTF140 Termodynamik och statistisk fysik för F3

Kvantmekanik - Gillis Carlsson

Edwin Langmann (Epost: x u(x, t); f (x) = df(x)

Några utvalda lösningar till. Kvantvärldens fenomen. -teori och begrepp. Del 1: Partiklar och vågor. Magnus Ögren

Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)

Trigonometriska formler Integraler och skalärprodukter Fourierserier Andra ortogonala system. Fourierserier. Fourierserier

1.13. Den tidsoberoende Schrödinger ekvationen

Tentamen i Mekanik - Partikeldynamik TMME08

6. Räkna ut integralen. z dx dy dz,

Tentamen i Materia, 7,5 hp, CBGAM0

Formelsamling, Kvantmekanik

6. Temperaturen u(x) i positionen x av en stav uppfyller värmeledningsekvationen. u (x) + u(x) = f(x), 0 x 2, u(0) = 0 u(2) = 1,

SF1661 Perspektiv på matematik Tentamen 20 oktober 2011 kl Svar och lösningsförslag

Exempelsamling i kvantummekanik. Tommy Ohlsson

Tentamen Fysikaliska principer

2x 2 3x 2 4x 2 5x 2. lim. Lösning. Detta är ett gränsvärde av typen

KEMA00. Magnus Ullner. Föreläsningsanteckningar och säkerhetskompendium kan laddas ner från

Tentamen i Modern fysik, TFYA11/TENA

Kontrollskrivning KS1T

Kursplanen är fastställd av Naturvetenskapliga fakultetens utbildningsnämnd att gälla från och med , vårterminen 2016.

Lösningsförslag, Tentamen, Differentialekvationer och transformer II, del 2, för CTFYS2 och CMEDT3, SF1629, den 9 juni 2011, kl.

OMTENTAMEN I VEKTORANALYS SI1146 och SI1140 Del 1, VT18

Lösningar till tentamen i Kemisk termodynamik

Tentamen i Modern fysik, TFYA11, TENA

BFL122/BFL111 Fysik för Tekniskt/ Naturvetenskapligt Basår/ Bastermin Föreläsning 7 Kvantfysik, Atom-, Molekyl- och Fasta Tillståndets Fysik

Föreläsning 8 Elementarpartiklar, bara kvarkar och leptoner

Kursplanen är fastställd av Naturvetenskapliga fakultetens utbildningsnämnd att gälla från och med , vårterminen 2018.

Kvantmekanik. Kvantmekaniken: De naturlagar som styr förlopp i den mikroskopiska världen (och i den makroskopiska!) Kvantmekanik.

Tentamen Fysikaliska principer

Egenvärdesproblem för matriser och differentialekvationer

2.4. Bohrs modell för väteatomen

Tentamen i Modern fysik, TFYA11/TENA

Fysik del B2 för tekniskt basår / teknisk bastermin BFL 120/ BFL 111

Institutionen för matematik KTH. Tentamensskrivning, , kl B1202/2 Diff och Trans 2 del 2, för F och T.

5B1134 Matematik och modeller

TENTAMEN I MATEMATISK STATISTIK 19 nov 07

Deliberate Practice på en kurs i kvantmekanik. Emma Wikberg (& Stefano Bonetti) Fysikum, SU

Föreläsning 3 Heisenbergs osäkerhetsprincip

Kvantbrunnar -Kvantiserade energier och tillstånd

Andra föreläsningen kapitel 7. Patrik Lundström

Några utvalda lösningar till. Kvantvärldens fenomen. -teori och begrepp. Del 2: Formalism och runda system. Magnus Ögren

Tentamen, SF1629, Differentialekvationer och Transformer II (del 2) 11 april 2017 kl. 8:00-13:00

Lösningsförslag till tentamen i SF1629, Differentialekvationer och Transformer II (del 2) 8 januari 2018

Sammanfattning av kandidatarbetet

Kvantfysikens principer, FK2003, Konceptfrågor v.1.4

Rita även upp grafen till Fourierseriens summa på intervallet [ 2π, 3π], samt ange summans värde i punkterna π, 0, π, 2π. (5) S(t) = c n e int,

Litiumatomens spektrum

Tentamen i Modern fysik, TFYA11/TENA

Tentamen i Komplex analys, SF1628, den 21 oktober 2016

Föreläsning 1. Elektronen som partikel (kap 2)

NATIONELLT KURSPROV I MATEMATIK KURS D VÅREN 2002

Lösningsförslag till tentamen i SF1683, Differentialekvationer och Transformmetoder (del 2) 4 april < f,g >=

5B1134 Matematik och modeller Lösningsförslag till tentamen den 11 oktober 2004

1. (a) Bestäm funktionen u = u(x, y), 0 < x < a och 0 < y < a, som uppfyller u xx (x, y) + u yy (x, y) = 0

Preliminärt lösningsförslag till Tentamen i Modern Fysik,

1.13. Den rektangulära potentialbrunnen

5B1134 Matematik och modeller Lösningsförslag till tentamen den 13 januari T = 1 ab sin γ. b sin β = , 956 0, 695 0, 891

(1, 3, 2, 5), (0, 2, 0, 8), (2, 0, 1, 0) och (2, 2, 1, 8)

Transkript:

TEORETISK FYSIK KTH Kvantfysik SI5 för F3 Tisdag 3008 kl. 8.00-3.00 Skriv på varje sida Namn och problemnummer Motivera noga Otillräckliga motiveringar leder till poängavdrag Hjälpmedel Teoretisk fysiks formelsamling, BETA, miniräknare Poängsättning 6 poäng per problem Examinator Mats Wallin tel 5537 8475. En partikel med massa m befinner sig i grundtillståndet till en endimensionell oändlig potentialbrunn som ges av potentialen { 0 för 0 < x < L V (x = för övrigt (a Bestäm sannolikheten att en positionsmätning ger resultatet L/4 < x < 3L/4. (b Bestäm sannolikheten att en mätning av rörelsemängden ger p > 0.. En spinn / partikel är i tillståndet ψ = C ( + i (a Bestäm värdet på konstanten C så att tillståndet blir normerat. (b Bestäm väntevärdena S x, S y, S z av spinnkomponenterna. 3. En partikel i en endimensionell harmonisk oscillatorpotential störs av en potential av formen H (x = Ax 4 där A är en konstant. Bestäm mha stegoperatorer a, a första ordningens korrektion till grundtillståndsenergin. VÄND!

4. Hamiltonianen för vibrationer hos en NH 3 molekyl (ammoniak ges av H = L x + L y I + L z I 3 där I x = I y = I, I z = I 3 är tröghetsmoment. Bestäm de möjliga energinivånerna. 5. Två identiska spinn / fermioner är i en gemensam endimensionell oändlig potentialbrunn med längd L. Fermionerna antas växelverka endast genom sina spinn så att Hamiltonianen blir H = H + H AS S där H, H är Hamiltonianerna för partikel och, och A är en konstant. Bestäm grundtillståndsenergin som funktion av A. Ledning: Bestäm grundtillståndsenergierna för fallen då spinnen är i singlett och triplett tillstånd. LYCKA TILL! Formler Energinivåer och egenfunktioner för en partikel i en oändlig potentialbrunn: E n = kn m, φ n(x = L sin k nx, k n = nπ, n =,, 3,... L

Lösning till tentamen i Kvantfysik 3008. (a Sannolikheten att en positionsmätning ger resultatet L/4 < x < 3L/4 blir = L = π P (L/4 < x < 3L/4 = = π 3L/4 L/4 3π/4 π/4 3L/4 L/4 sin (πx/l dx = L L π cos x ( 3π 4 π 4 ψ(x dx 3π/4 π/4 sin x dx dx = [ sin x x π π/4 = + π 0.8 ] 3π/4 (b Reella vågfunktioner har inga partikelströmmar (strömmar kräver komplexa vågfunktioner och är därför superpositioner av lika stora och motriktade strömmar. Sannolikheten att en mätning ger ±p är därför lika stora och sannolikheten att mäta p > 0 är därför /.

. (a Normering: ψ ψ = C ( i, ( + i = C ( i( + i + = 3 C = Tag därför C = / 3 (b Väntevärden: S x = 3 ( i, ( 0 0 ( + i = 6 ( i, ( + i = 6 ( i + + i = 3 S y = 3 ( i, ( 0 i i 0 ( + i = 6 ( i, ( i + i = 6 ( i +i = 3 S z = 3 ( i, ( 0 0 ( + i = 6 ( i, ( + i = 6 (( i(+i = 6

3. Stegoperatorer: a = mω mω (x + ip/mω, a = (x ip/mω x = Första ordningens korrektion till grundtillståndsenergin ges av ( E0 = 0 H 0 = 0 Ax 4 0 = A 0 (a + a 4 0 mω De enda termerna i expansionen av (a + a 4 som ger nollskilt resultat är 0 aa aa 0 + 0 aaa a 0 = 0 aa a + 0 aaa Första ordningens korrektion blir därför = 0 aa 0 + 0 aa = 0 a + 0 a = 0 0 + 0 0 = 3 ( E0 = 3A mω mω (a + a Alternativt: Mha [a, a ] =, N = a a fås aa aa + aaa a = aa aa + a(a a + a = aa (aa + = (a a + ((a a + + = (N + ((N + + = 3 + 3N + N Mha n n =, n N n = n, n N n = n blir ( ( E0 = A 0 3 + 3N + N 0 = 3A mω mω

4. Skriv om Hamiltonianen i termer av L = L x + L y + L z och L z: H = L x + L y I + L z I 3 = L x + L y + L z + ( L z I I 3 I = L I + L z Ĩ där /Ĩ = /I 3 /I. Eftersom rörelsemängdsmomentegenfunktionerna uppfyller L lm = l(l + lm och L z lm = m lm så är lm egenfunktioner till H med energiegenvärden l(l + E lm = + m I Ĩ där möjliga kvanttal är heltalen l = 0,,,..., m = 0, ±,.., ±l.

5. Energiegenvärdena till H, H är Kopplad bas: E nj = π n j ml, n j =,, 3,..., j =, S = S + S S = (S + S = S + S + S S S S = (S S S Hamiltonianen blir H = H + H A (S S S och energiegenvärdena är E n n s = E n + E n A där S sm s = s(s + sm s, s = 0, [ s(s + ( ] [ + = E n + E n A s(s + 3 ] Spinnsinglett: s = 0, m s = 0, som är antisymmetrisk under utbyte, vilket betyder att rumsdelen av tillståndet måste vara symmetrisk under utbyte. Därför måste båda partiklarna vara i potentialbrunnens grundtillstånd n = för att minimera totala energin, som blir E 0 = E + 3A = π 4 ml + 3A 4 Spinntriplett: s =, m s = 0, ±, som är symmetrisk under utbyte, och rumsdelen måste därför vara antisymmetrisk. Partiklarna måste därför vara i olika tillstånd till potentialbrunnen, och lägst energi fås med n =, : E = E + E A [ ( + 3 ] = π ml + π ml A 4 = 5π ml A 4 De två energierna är lika för A = A c som ges av π ml + 3A c 4 = 5π ml A c 4 A c = 3π ml Slutsats: För A < A c är grundtillståndet en spinnsinglett med grundtillståndsenergi π + 3A, och för A > A ml 4 c är grundtillståndet en trefalt degenererad spinntriplett med energi 5π A. ml 4