2022-2023学年高二物理 含时薛定谔方程 竞赛课件(共12张PPT)

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2022-2023学年高二物理 含时薛定谔方程 竞赛课件(共12张PPT)

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含时薛定谔方程
微观粒子状态随时间变化的动力学方程
薛定谔方程满足的几个条件:
(1)时间一阶导(坐标动量地位相等)
(3)方程是普遍适用的(系数不包括状态参量)
(2)方程是线性的(态叠加原理)
含时薛定谔方程
满足以上几个条件,由自由粒子的运动方程,引出普遍的波动方程
在经典力学中,物体的运动满足牛顿定律,它给
出了物体运动状态随时间的变化规律。
在量子力学中,微观粒子的运动规律用薛定谔方程描述。所谓微观粒子的运动规律, 也就是波函数 ψ 随时间和空间的变化规律。
玻恩的统计观点解释了微观粒子波动性和粒子性之间的关系,但是并没有说明波函数是如何随时间变化的,我们还需要知道微观粒子的运动遵循什么样的规律?
薛定谔方程是量子力学的基本方程,在量子力学中的地位就相当于经典力学中牛顿方程的地位。
薛定谔方程的诞生:
德布罗意论文寄送到维也纳大学,德拜命中年讲师薛定谔解读论文
德拜:“既然是波,总应该有一个波动方程”
瑞士联邦工业大学
物理讨论会(1926)





再读,凑出来薛定谔方程
通篇物质波,物质波到底是什么?无解,无奈,退而求其次
设粒子沿x方向运动, 波函数为
对x求一阶偏导
对t求一阶偏导
(1)
(2)
1. 以自由粒子为例
操作即算符
方程(2)表示波函数随时间的演化,但方程中含有状态量E,不能算是波动方程,必须借助动量算符,得到哈密顿算符的另一种表达形式
讨论
通过引出自由粒子波动方程的过程可以看出,利用能量关系式E = p2/2m可以导出如下方程:
即得自由粒子的薛定谔方程
再做算符替换:
称为能量算符
称为动量算符
动量算符
作用在波函数上,得到如下作用结果
坐标和动量的对易关系,
其他力学量算符的对易关系,同理可得
微分 导出 对易关系!
推论
2.一维势场中的薛定谔方程
势场中粒子能量
得一维势场中的薛定谔方程
用算符代替物理量
3. 推广到三维势场中粒子
引入拉普拉斯算符
上式写成
引入哈密顿算符
可得一般形式的薛定谔方程
这就是薛定谔(1926)提出的描述微观粒子运动规律的非相对论的波动方程:
狄拉克(1928)提出了相对论性的狄拉克方程,
它们是量子力学的基本方程,二人分享了1933年
诺贝尔物理学奖。
两个独立的方程:
二阶微分方程
一阶微分方程
定态波函数
先解相对简单的一阶微分方程
得到时间部分的解
时空合解:

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