• ベストアンサー
※ ChatGPTを利用し、要約された質問です(原文:井戸型:シュレーディンガー)

井戸型ポテンシャルの問題とシュレーディンガー方程式について

chukanshiの回答

  • chukanshi
  • ベストアンサー率43% (186/425)
回答No.1

問1. 固有関数をシュレディンガー方程式に代入して、微分を実行すると、 H^2/(2m)(π/L)^2(a^2+b^2)φ+Uφ=Eφ となる。 U(x,y)=0、0≦x≦L、0≦y≦L より、 H^2/(2m)(π/L)^2(a^2+b^2)=E となり、基底状態(a=1、b=1)では エネルギー固有値は E_0=H^2/(2m)(π/L)^2・・・(答) 問2. |φ|^2を0≦x≦L、0≦y≦L で積分した値が1になるように 規格化因子Aをとる。 |φ|^2を0≦x≦L、0≦y≦L で積分した値は、 (LA)^2/4でこれが1だから、 A=2/L・・・(答) たぶんこれでOK。

powerless
質問者

補足

解答ありがとうございます。 ただ、微分・積分が苦手なものですから、 お暇があれば途中経過も記入して頂くとありがたいです。 どうでしょうか?

関連するQ&A

  • 箱型(井戸型)ポテンシャル

    このような問題なのですが、教えて下さい。 問1 2次元の無限に深い井戸型ポテンシャルの中の粒子運動を考える。          2L│_       │ │        │ │       │_│__x         L                                     【H:エイチバーの意】   H^2π^2         ny^2            エネルギー固有値は E=――――――(nx^2+――――)                       2mL^2          4            (nx=1,2,3・・・)、(ny=1,2,3、・・・)        (1)基底状態のエネルギー固有地をH、π、m、Lで表せ。    (2)第4励起状態(5番目)のエネルギー固有値をH、π、m、Lで表し、      それを与えるnxとnyの組み合わせを全て求めよ。 問2 1次元の無限に深い井戸型ポテンシャルの中の粒子運動を考える。    エネルギー固有関数はφ(x)=√(2/L)・sin(nπx/L)である。    L=1.0×10^-10m として、第1励起状態にある粒子を、    x=0とx=0.25×10^-10mの間に観測する確率を計算せよ。

  • 井戸型ポテンシャルの外側のエネルギー固有値?

    無限に深い井戸型ポテンシャルの問題について質問です。 例えばポテンシャルが -L<=x<=L で0 その他がポテンシャル無限 とした時,井戸の外(x<=-L,L<=X)では波動関数は0となるのは理解できるのですが(ポテンシャル無限では粒子は存在できないから), このときのエネルギー固有値はどうなるんでしょうか? シュレーディンガー方程式を考えると (-h^2/2m∇^2+V)ψ=Eψ (V:ポテンシャル) で,ψ=0だから両片は恒等的に0ですよね? その場合エネルギー固有値って求まらないんでしょうか? (粒子が存在しないんだからエネルギー固有値だって0になるんじゃないかとも思うのですが...) よろしくお願いします。

  • 剛体ポテンシャルの摂動の問題ですが合ってますか?

    二次元剛体ポテンシャル V(x,y)=0 for |x|<(L/2) ,|y|<(L/2) V(x,y)=∞ otherwise について基底状態のエネルギー固有値と固有関数を求めた後 摂動ポテンシャルΔV(x,y)=axy、(a:摂動パラメータ)に対してエネルギーのずれを一次近似で求める問題です。 (解) Schrödinger方程式の解はu(x,y)=X(x)Y(y)と変数分離可能であるから X(x)=0 X(x)=A_x Cos[k x]+B_x Sin[k x] 境界条件X(±L/2)=0より非自明解が存在するためにはdet(・)=0より k_n=n_x π/Lである必要がある。 したがってエネルギー固有値はE_xn=ħ^2 π^2/(2 m L^2) n_x^2 完全性関係式によって規格化すると X_n(x)=√(2/L) Sin[n_xπx/L] for n_x=2,4,... X_n(x)=√(2/L) Cos[n_xπx/L] for n_x=1,3,... Y方向も同様にして Y_n(y)=√(2/L) Sin[n_yπy/L] for n_y=2,4,... Y_n(y)=√(2/L) Cos[n_yπy/L] for n_y=1,3,... 以上よりエネルギー固有値は E[n_x,n_y]=ħ^2 π^2/(2 m L^2) (n_x^2+n_y^2) と書ける。よって基底状態のエネルギー固有値は E[1,1]=ħ^2 π^2/(m L^2) 固有関数は u[1,1](x,y)=X_[1](x)Y[1](x)=(2/L) Cos[πx/L]Cos[πy/L] 摂動ハミルトニアンH'を考えるとH'=H_0+ΔV(x,y) 摂動論より基底状態のエネルギーE_0とすると一次近似は, E_0(1)=<u_0(0)|H'|u_0(0)>=<u_0(0)|H_0+ΔV(x,y)|u_0(0)>=E_0(0)+<u_0(0)|ΔV(x,y)|u_0(0)> したがってエネルギーのずれは ΔE=E_0(0)-E_0(1)=-<u_0(0)|ΔV(x,y)|u_0(0)>=-a (2/L)(∫{-L/2,L/2}x Cos[πx/L]^2 dx)(∫{-L/2,L/2},y Cos[πy/L]^2 dy)=0 と求まる。 上のように摂動論を考えたところエネルギーのずれがゼロになってしまいましたがこの問題の解答としてはこれで合ってるでしょうか。エネルギー変化がないということは摂動ハミルトニアンが非摂動ハミルトニアンに等しいということで理解すれば大丈夫ですか?

  • シュレディンガー

    無限に深い井戸形ポテンシャルの問題です。 とき方はわかるのですが、 計算がわかりません。 xが-1/2から1/2の時がポテンシャル0で あとは∞です。 φ(x)=Aexp(ikx)+Bexp(-ikx)とおいて φ(-1/2)φ(1/2)と代入するとka=nπが出るようなのですが、そこがわかりません。 (A+B)cos(ak/2)+(B-A)isin(ak/2)=0 (A+B)cos(ak/2)+(A-B)isin(ak/2)=0 とでると思うのですが、これをとこうとするとcos(ak/2)とsin(ak/2)ともに0になるようなことになってしまいました。 どこで間違えたのでしょうか?????

  • 三次元の井戸型ポテンシャルについて

    量子力学の質問です。 三次元の井戸型ポテンシャル(一辺Lの立方体)についてなのですが、 (I)箱の端の波動関数を0とする条件 つまりψ(L,y,z,)=ψ(x,L,z,)=ψ(x,y,L)=0 のとき (II)周期的境界条件を条件にした場合 つまりψ(x,y,z,)=ψ(x+L,y,z,)=ψ(x,y+L,z)=ψ(x,y,z+L) という条件のとき とでエネルギー固有値を求めました。 すると(I)は E=h^2/(8πm)・(π/L)^2・{(n_x)^2+(n_y)^2+(n_z)^2} ただしn_x,y,zは0を含まない自然数。 (II)は E=h^2/(8πm)・(2π/L)^2・{(n_x)^2+(n_y)^2+(n_z)^2} ただしn_x,y,z=0,±1,±2... となりました。明らかに(I)と(II)ではエネルギー固有値がちがってきます。 これはなぜなのでしょうか? このほかのフェルミ波数等は同じ値をとるのにエネルギー固有値だけちがうというのはいいのでしょうか?

  • シュレディンガー方程式の問題お願いします

    一次元井戸型ポテンシャルV(x)中におかれた質量mの粒子の運動について考える 粒子の波動関数をΦとする ポテンシャルが V(x)=0(0≦x≦a) ∞(x<0 a<x) であるとき以下の問いに答えよ (1)粒子のエネルギーをEとして1次元シュレディンガー方程式を記述せよ (2)粒子のエネルギー準位を低いほうから2つ求めよ (3)規格化された波動関数をエネルギーの低いほうから2つ求めよ (4)存在確立の最も最も高いxの位置をもとめよ 自分の答えは (1)0≦x≦a -h^2/2m*d^2Φ/dx^2=Eφ x<0 a<x -h^2/2m*d^2Φ/dx^2+Vφ=Eφ (2)E=h^2π^2/2ma^2 E=2h^2π^2/ma^2 (3)φ=√a/2*sin(πx/a) φ=√a/2*sin(2πx/a) (4)わかりませんでした こうなったんですけど・・・ 添削と(4)の解説お願いできないでしょうか?

  • 1次元の井戸型ポテンシャル

    以下のような1次元の井戸型ポテンシャル               V(x)=0 (-L<x<L)                 =V  (x<-L, x>L)       ただし 0<E<V 中の質量mの粒子について・・・・ この問題でグラフの交点を求めることによって、固有値が求められますが単純な計算では出せません。よって、以下のような課題を出されました。 上の問題で適当なVとLについて、固有値をニュートン法などの簡単なプログラムを組んで、数値的に計算して求めよ。また、そのときの固有関数を求めてプロットせよ。 以上の問題なのですが、簡単なヒントなのでよろしいので分かる方がいたら教えてください。お忙しい中ありがとうございました。    

  • 無限に深い井戸型ポテンシャルについて

    「ブタジエンの炭素原子の配列を一直線と近似して、両端の炭素原子間の距離L=5.78Åとすると、4個の炭素原子が無限に深い井戸型ポテンシャルを形成していると考えるとき、ブタジエンの基底状態のエネルギーE1を求めよ。4個のΠ電子間の斥力は無視できて、各々が自由電子として振舞うとする。」 以上の様な問題を考えるときにおいて、 エネルギー固有値E= h'^2*Π^2*n^2 /2*m*Lに代入して求めると思うのですが、(h'=h/2Π m=静止した電子の質量) 計算する際にLについてのどのように考えれば良いかがわかりません。私はL/4orLor4Lいずれも計算してみたのですが、どうも合いません^^; どう解釈すれば良いと思われますか?

  • 一次元井戸型ポテンシャル、井戸の外でのシュレディンガー方程式は?

    井戸の深さが無限の一次元井戸型ポテンシャルで、井戸の外において電子が満たすべきシュレディンガー方程式を求める問題があるのですが、井戸の外では波動関数φ(x)=0なのでシュレディンガー方程式は0になると考えたのですが、合っているでしょうか?

  • 2次元井戸型ポテンシャルの問題がわかりません

    「ポテンシャルV(x、y)は  {0<=x、y<=L}のとき0 それ以外の領域は∞ のときのエネルギー固有値と波動関数を求めよ」 という問題なんですがよくわかりません。 周期的境界条件ってこの場合ありますか? 流れだけでもいいですので教えてください。