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

Relevanta dokument
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

Kvantfysik SI1151 för F3 Tisdag kl

1 Hur förklarar du att det blev ett interferensmönster i interferensexperimentet med elektroner?

FK Elektromagnetism, Fysikum, Stockholms universitet Tentamensskrivning (2:a omtentan), fredag 30 augusti 2013, kl 9:00-14:00

Kvantfysikens principer, FK2003, Konceptfrågor v.1.4

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

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

FK Elektromagnetism, Fysikum, Stockholms universitet Tentamensskrivning (1:a omtentan), tisdag 16 juni 2015, kl 9:00-14:00

(ii) Beräkna sidoförskjutningen d mellan in- och utgående strålar, uttryckt i vinklarna θ i och tjocklekar t i. (2p)

Kvantmekanik. Kapitel Natalie Segercrantz

Instuderingsfrågor, Griffiths kapitel 4 7

Föreläsning 5. Att summera amplituder Spinn. Fk3002 Kvantfysikes grunder 1

FK Elektromagnetism, Fysikum, Stockholms universitet Tentamensskrivning (1:a omtentan), tisdag 17 juni 2014, kl 9:00-14:00

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

Tentamen i Modern fysik, TFYA11/TENA

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

Kvantbrunnar -Kvantiserade energier och tillstånd

F3: Schrödingers ekvationer

Kvantfysikens principer, FK2003 Extramaterial 2: Stern-Gerlach med fotoner, v1.1

FYSIKUM STOCKHOLMS UNIVERSITET Tentamensskrivning i Vågrörelselära och optik, 10,5 hp, FK4009 Torsdagen den 21 augusti 2008 kl 9-15

ett uttryck för en våg som beskrivs av Jonesvektorn: 2

Det står inget om S-G med fotoner i Feynman, så de här extrasidorna utgör kurslitteratur

Kvantmekanik II (FK5012), 7,5 hp

Kvantbrunnar Kvantiserade energier och tillstånd

FK Elektromagnetism och vågor, Fysikum, Stockholms Universitet Tentamensskrivning, måndag 21 mars 2016, kl 9:00-14:00

Kvantmekanik II - Föreläsning 7

Dugga i FUF040 Kvantfysik för F3/Kf3

FAFA55 HT2016 Laboration 1: Interferens av ljus Nicklas Anttu och August Bjälemark, 2012, Malin Nilsson och David Göransson, 2015, 2016

Halogenlampa Spektrometer Optisk fiber Laserdiod och UV- lysdiod (ficklampa)

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

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

Kapitel 4. Materievågor

FYSIKUM STOCKHOLMS UNIVERSITET Tentamensskrivning i Vågrörelselära och optik, 10,5 högskolepoäng, FK4009 Tisdagen den 17 juni 2008 kl 9-15

Kvantmekanik - Gillis Carlsson

Tenta Elektrisk mätteknik och vågfysik (FFY616)

Vågrörelselära & Kvantfysik, FK januari 2012

Tentamen i Modern fysik, TFYA11, TENA

Luft. film n. I 2 Luft

Fysik TFYA86. Föreläsning 11/11

1. Betrakta en plan harmonisk elektromagnetisk våg i vakuum där det elektriska fältet E uttrycks på följande sätt (i SI-enheter):

STOCKHOLMS UNIVERSITET FYSIKUM

Vågfysik. Ljus: våg- och partikelbeteende

Tentamen i Modern fysik, TFYA11, TENA

Tentamen i Modern fysik, TFYA11, TENA

Föreläsning 3 Heisenbergs osäkerhetsprincip

BFL 111/ BFL 120 Fysik del B2 för Tekniskt Basår/ Bastermin

Tentamen Fysikaliska principer

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

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

TILLÄMPAD ATOMFYSIK Övningstenta 2

7. Atomfysik väteatomen

Mekanik Föreläsning 8

Tentamen i Mekanik - Partikeldynamik TMME08

Väteatomen. Matti Hotokka

Fysikaliska krumsprång i spexet eller Kemister och matematik!

Kvantmekanik och kemisk bindning I 1KB501

Lösningsförslag Inlämningsuppgift 1 elstatikens grunder

Andra föreläsningen kapitel 7. Patrik Lundström

Relativistisk kinematik Ulf Torkelsson. 1 Relativistisk rörelsemängd, kraft och energi

Ordinarie tentamen i Mekanik 2 (FFM521)

Relativitetsteorins grunder, våren 2016 Räkneövning 3 Lösningar

Tentamen. Fysik del B2 för tekniskt / naturvetenskapligt basår / bastermin BFL 120 / BFL 111

BFL102/TEN1: Fysik 2 för basår (8 hp) Tentamen Fysik mars :00 12:00. Tentamen består av 6 uppgifter som vardera kan ge upp till 4 poäng.

x +y +z = 2 2x +y = 3 y +2z = 1 x = 1 + t y = 1 2t z = t 3x 2 + 3y 2 y = 0 y = x2 y 2.

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

Tentamen för FYSIK (TFYA68)

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

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

TENTAMEN. Linje: Tekniskt-Naturvetenskapligt basår Kurs: Fysik A Hjälpmedel: Miniräknare, formelsamling. Umeå Universitet. Lärare: Joakim Lundin

NATIONELLT KURSPROV I MATEMATIK KURS D VÅREN 2002

för Tekniskt/Naturvetenskapligt Basår

FYSIKUM STOCKHOLMS UNIVERSITET Tentamensskrivning i Vågrörelselära och optik, 7 poäng, FyL2 Tisdagen den 19 juni 2007 kl 9-15

Stockholms Universitet Fysikum Tentamensskrivning i Experimentell fysik för lärare 7.5 hp, för FK2004. Onsdagen den 14 december 2011 kl 9-14.

Tentamen: Atom och Kärnfysik (1FY801) Lördag 15 december 2012,

DIFFERENTIALEKVATIONER. INLEDNING OCH GRUNDBEGREPP

Tentamen för FYSIK (TFYA68), samt ELEKTROMAGNETISM (9FY321)

Litet quiz om svarta hål och kvantfysik: facit på www2.kau.se/tp/outreach Nedanför quizzet ger jag facit. Men försök själv först!

Förslag: En laddad partikel i ett magnetfält påverkas av kraften F = qvb, dvs B = F qv = 0.31 T.

Tentamen i Modern fysik, TFYA11/TENA

Vågrörelselära & Kvantfysik, FK januari 2012

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

Ordinarie tentamen i Mekanik 2 (FFM521)

Tentamen Relativitetsteori

Räkneövning 5 hösten 2014

TENTAMEN. Institution: Fysik och Elektroteknik. Examinator: Pieter Kuiper. Datum: 7maj2016. Tid: 5timmar Plats: Kurskod: 1FY803

Tentamen för FYSIK (TFYA86 och 68)

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

Tentamen Relativitetsteori , 22/8 2015

Numerisk lösning till den tidsberoende Schrödingerekvationen.

Kvantmekanik II - Föreläsning 14

8-10 Sal F Generellt om kursen/utbildningen. Exempel på nanofenomen runt oss

If you think you understand quantum theory, you don t understand quantum theory. Quantum mechanics makes absolutely no sense.

Tentamensskrivning i matematik GISprogrammet MAGA45 den 23 augusti 2012 kl 14 19

r 2 C Arbetet är alltså endast beroende av start- och slutpunkt. Det följer av att det elektriska fältet är konservativt ( E = 0).

DIFFERENTIALEKVATIONER. INLEDNING OCH GRUNDBEGREPP

ax + y + 2z = 3 ay = b 3 (b 3) z = 0 har (a) entydig lösning, (b) oändligt många lösningar och (c) ingen lösning.

Tentamensskrivning i FYSIKALISK KEMI Bt (Kurskod: KFK 162) den 19/ kl

Transkript:

FK003 - Kvantfysikens principer, Fysikum, Stockholms universitet Tentamensskrivning, onsdag 7e mars 018, kl 17:00 - :00 Läs noggrant genom hela tentan först. Börja med uppgifterna som du tror du klarar bäst! Förklara tydligt ditt resonemang och ge rätt enhet när det behövs. Hela tentan omfattar 7 frågor. Frågor 1 och 4 ger 5 poäng, de övriga 6 poäng (max 40 poäng). Betygsgänser: F apple 18, Fx: 18.5, E: 0, D: 4, C: 8, B: 3, A: 36. Tillåtna hjälpmedel: miniräknare (ej grafisk) och bifogat formelsamling. Lycka till! Eddy Ardonne 1. Korta frågor. a. (1p) Ge ett exempel på en partikel som är en boson samt ett exempel på en partikel som är en fermion. b. (1p) Varför kräver man att en vågfunktion är normerad? c. (1p) Vad är ett snärjt (eller sammanflätat) tillstånd? d. (p) Vi har en oändlig potentialgrop, d.v.s. V (x) =0för 0 <x<loch V (x) =1 annars. Skissa kvalitativt vågfunktionerna av de två bundna tillstånden med lägst och näst lägst energi. Vad är kvoten av de här energierna?. Vi gör ett dubbelspaltexperiment med elektroner, som skickas från en källa s till en första vägg med två spalter 1 och. Det finns ytterligare en vägg med två spalter a och b. Till sist detekteras elektronerna på en skärm där x betecknar positionen där elektronen trä ar skärmen. s 1 b a a. (p) Vad är sannolikheten att en elektron som skickas från källan detekteras i x? Använd Diracnotation, d.v.s. amplituden att en elektron från källan åker genom spalt 1 är h1 si, osv. b. (p) Nu stänger vi hål, och placerar en lampa samt detektorer vid spalterna a och b. Lampans ljus har en våglängd som är mycket längre än avståndet mellan spalterna a och b. Vad blir sannolikheten att en elektron detekteras i x? c. (p) Nu ändrar vi successivt våglängden av ljuset i uppgift b. så att den blir kortare och kortare. Beskriv vad som händer. 3. Vi skickar spinn s =1partiklargenomtreStern-Gerlachapparater,somär orienterade i tre olika riktningar, S, T och R. Den första apparaten släpper genom partiklar i tillståndet Si. Den andra apparaten släpper genom partiklar i tillstånden 0T i och + T i. Den tredje apparaten släpper genom partiklar i tillståndet Ri. a. (p) Beskriv apparaterna i Feynmans notation, och ge amplituden för händelsen att en partikel som har kommit genom den första apparaten kommer ut ur den tredje. b. (p) Besvara samma fråga som i a. med skillnaden att den andra apparaten släpper genom alla partiklar. Motivera ditt svar! c. (p) Besvara samma fråga som i a., men nu med skillnaden att den andra apparaten är i samma riktning som den första (så nu släpper den genom partiklar i tillstånden 0Si och + Si). x

4. Två partiklar som skickas från källor s 1 och s sprids mot varandra. Amplituden att spridningen sker med vinkel är f( ). Vid vinkel finns en detektor, som registrerar partiklar (oberoende av vilken typ av partiklar det handlar om), se figuren. s1 detektor θ s a. (1p) Rita de möjliga processerna där en partikel hamnar i detektorn vid vinkel. b. (1p) Vad är sannolikheten att en partikel detekteras i detektorn, om partiklarna från s 1 och s är identiska fermioner? c. (1p) Vad är sannolikheten att en partikel detekteras i detektorn, om partiklarna från s 1 och s är samma typ av bosoner, men med olika s z värden? d. (1p) Vad är sannolikheten att en partikel detekteras i detektorn, om partiklarna från s 1 och s är icke kvantmekaniska partiklar? e. (1p) Vad blir sannolikheterna i uppgifterna b, c och d om vinkeln = /? 5. Vi har en stor uppsättning s = 1 partiklar, som alla är i tillståndet som beskrivs (i s z basen) av i = A( p 1 1 3 +i i). A är en positiv, reell konstant och en mätning av s z ger för tillståndet +i värdet s z =+~/, och för i värdet s z = ~/. a. (p) Bestäm A, så att tillståndet i är normerat. b. (p) Bestäm medelvärdet av s z (d.v.s. hs z i)för de här partiklarna. c. (p) Beräkna sannolikheten att en partikel i tillstånd q i kommer genom en Stern- Gerlach apparat som släpper genom i = p 1 3 +i + i i. 3 6. Vi betraktar en NH 3 molekyl, och gör tre stycken mätningar på den, direkt efter varandra (så det är ingen tidsutveckling mellan mätningarna). I den första mätningen, mäter vi positionen av kväveatomen, och får att den är nere, eller i. I den andra mätningen, mäter vi kväveatomens energi, och får resultatet E = E II = E 0 A. I den tredje mätningen mäter vi igen positionen av kväveatomen. a. (3p) Vad kan vi säga om resultatet av den tredje mätningen? b. (3p) Förklara om molekylen befinner sig i ett stationärt tillstånd eller ej efter den tredje mätningen. 7. Vi betraktar en partikel med massa m i en kvadratsik potential V (x) = m! x, med! en konstant. Partikeln beskrivs av den tidsoberoende vågfunktionen (x) =A 0 e m!x /(~), med A 0 en normeringskonstant, som inte ska beräknas. a. (3p) Visa att (x) uppfyllerdentidsoberoendeschrödingerekvationen och bestäm den motsvarande energin E. b. (p) För den här potentialen ges de möjliga energierna av E n =(n + 1 )~!, med n =0, 1,,... De tidsoberoende vågfunktionerna för tillstånden ni skrivs som n (x). Vad blir den tidsberoende vågfunktionen (x, t) för en partikel som vid t = 0 befinner sig i tillståndet i = p 1 1 1i p 3i? Gedittsvaritermeravenellerflera n (x). c. (1p). Är tillståndet i uppgift b ett stationärt tillstånd? Förklara ditt svar.

Partiklar vågor E = h! p = hk x p x h/ Kvantformalism hi ji = ij Liten Formelsamling! = k = i = X iihi i = X i i X c i =1 i h i = h i X iihi =1(eller ) i c i ii h A i = X h iihi A jihj i i,j Spinn 1/ +i z = 1 p ( +i x + i x ) i z = 1 p ( +i x + i x ) där +i z betecknar spinn upp tillståndet m a p z-axeln, etc. Tidsutveckling i h dc i(t) dt = X j H ij c j (t) Specialfall: Två bastillstånd, H 11 = H = E 0 och H 1 = H 1 = i t = c 1 (t) 1i + c (t) i A c 1 (t) = a e ī h (E 0 A)t + b e ī h (E 0+A)t c (t) = a e ī h (E 0 A)t b e ī h (E 0+A)t Energitillstånden: Ii = p 1 ( 1i i ) energi E 0 + A IIi = 1 p ( 1i + i ) energi E 0 A

Vågfunktionen och Schrödingerekvationen i = Z 1 1 xihx idx (x, t) =hx i Z 1 (x, t) dx =1 " 1 h d # m dx + V (x) d (x, t) (x, t) =i h dt E(x, t) =e ī h Et (x) " h d # m dx + V (x) (x) =E (x) Oändlig potentialgrop ( 0 för 0 apple x apple L V (x) = 1 annars s n x n(x) = L sin L E n = h n ml Några naturkonstanter h = h =1, 05 10 34 Js, m elektron =9, 11 10 31 kg m proton =1, 67 10 7 kg m neutron =1, 67 10 7 kg e =1, 60 10 19 C Trigonometriska funktioner sin( + )=sin cos +cos sin sin( )=sin cos cos sin cos( + )=cos cos sin sin cos( )=cos cos +sin sin cos ( ) = 1(1+cos( )), sin ( ) = 1 (1 cos( ))