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量子力学题目 · 2026年9月20日 ​

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2026年9月20日 ​

教材第9章 · 定态微扰论 · 不含时 · 序号 8–22(书9-1~9-15;不含9-16~9-21)

题 8 · 书9-1 · 非简并 · 🟢 懂 ​

用一级微扰论计算宽度为 、切掉 部分之后的无限深势阱中,基态和第一激发态的能量,其中 (题图所示)。

题图:无限深势阱 ,底边自 斜升至 ( 为 ),即微扰

**点开:骨架 / 入口**(先对着上面题干默,默不出再展开)

骨架

  1. 切掉 =原阱底叠加斜坡 (壁仍在 )
  2. 未扰 ,非简并一级
  3. 算 (或用 关于 对称)
  4. 得 ,故基态与第一激发一级修正相同

入口

  • 公式:
  • 半角 + 交叉项分部积分为零;对称性直接给
  • 结果:(与 无关)

题 9 · 书9-2 · 非简并 · 🟢 懂 ​

在一个宽为 的无限深方势阱中有两个高为 、宽为 的小微扰势,微扰势的中心分别位于 和 处。利用微扰方法估计 与 能级间的能量差的变化。

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骨架

  1. :两道窄垒
  2. 非简并一级:
  3. 分别算 与 的
  4. 求差

入口

  • 把积分压成垒心处
  • 在两垒心处 均为 ,故
  • 一级间隔不变:

题 10 · 书9-3 · 简并 · 🟢 懂 ​

一质量为 的粒子处于二维无限深方势阱(长、宽均为 )

  • (1) 写出粒子基态和第一激发态的能量本征值和本征函数,若有简并写出简并度;
  • (2) 若势阱中 处存在一根“毛刺”,该微扰势可以表示

计算基态和第一激发态能量的一级修正。

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骨架

  1. (1) 写出 、;基态 ;第一激发 、 二重简并
  2. (2) 基态非简并:
  3. 激发:在 上写 ,解
  4. 注意毛刺落在 的节线 上 → 一列为零

入口

  • 积分:
  • ( 中点节点)→ 已对角
  • 劈裂: 与 ;好态即原 、

题 11 · 书9-4 · 简并 · 🟢 懂 ​

平面转子的转动惯量为 ,电偶极矩为 。转子在沿 方向的电场 中运动,体系的 Hamilton 量(转子绕 轴旋转),其中

求:

  • (1) 一级近似下能量本征值与本征函数;
  • (2) 二级近似下的能量本征值。
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骨架

  1. 未扰 ,; 时 二重简并
  2. ,用 正交得 Kronecker:
  3. 简并子空间 内 ( 连不到 )→ 一级不劈裂,
  4. 一级波函数只混 ;二级能量两通道求和

入口

  • 必记: + Kronecker(只连 )
  • 矩阵元 ;对角为零
  • 二级:( 得 )

题 12 · 书9-5 · 非简并 ·(球函数/类氢) · ⬜未测 ​

如果类氢离子的电荷数 变成 ,体系的能量将如何改变?试用微扰方法计算基态能量的一级近似值。已知:类氢离子的基态能量本征值和本征函数分别为

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骨架

  1. : 多一项 (吸引变强)
  2. 基态非简并:,用未扰(电荷 )的
  3. 球坐标只剩径向:
  4. 标准积分得 ,对照精确 展开的一次项

入口

  • 角向球对称积完只留径向均值
  • ()→
  • ;精确差里的 是二级及更高

题 13 · 书9-6 · 非简并 · ⬜未测 ​

设一维谐振子的 Hamilton 量 ,求该谐振子受到微扰 ()时,谐振子基态能量的一级修正值,并说明这一修正值是

的本征值方程精确解按 展开式的一次幂项。

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骨架

  1. 非简并一级:
  2. 用升降算符或维里定理求出
  3. 精确:,
  4. 把 按 展到一次,与微扰对照

入口

  • , →
  • 或维里: ⇒
  • ,与精确一次项相同

题 14 · 书9-7 · 非简并 · ⬜未测 ​

设一量子体系的 Hamilton 量为 ,其中

(,为实数)。求二级近似下的能量本征值,并与精确解加以比较。

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骨架

  1. ,非对角与对角微扰分开;
  2. 一级:
  3. 二级:只连对方,,
  4. 精确对角化 ,再按 展开对照

入口

  • ,
  • 对角 只进一级,勿再塞进二级分式
  • 精确根 ,展开到 一致

题 15 · 书9-8 · 简并 · ⬜未测 ​

一个质量为 、电量为 的无自旋粒子处于二维谐振子势中,其哈密顿量为

  • (1) 写出粒子的基态和第一激发态的能量本征值,若有简并写出简并度。
  • (2) 若存在一个沿 方向的弱磁场 ,该磁场与轨道角动量作用形成一个微扰

利用微扰理论,计算基态和第一激发态能量的一级修正。

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骨架

  1. (1) ;基态 ;第一激发 、 二重简并
  2. ;基态 ⇒
  3. 激发:在 上写 的 ,解久期方程
  4. 好态为圆偏振组合 ,一级劈成

入口

  • ;对角元为零,劈裂靠非对角
  • → 本征值
  • 轨道塞曼:二重简并按磁矩线性劈裂

题 16 · 书9-9 · 非简并 · ⬜未测 ​

设一量子体系的 Hamilton 量为

而且 ,试利用微扰法计算体系能量的一级修正值、二级修正值。

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骨架

  1. 对角 归 ,全部非对角归 ⇒
  2. 默认 互异:一级
  3. 二级按通道写:
  4. 逐能级列出接到另外两个能级的两项

入口

  • (其余类似)
  • 分母方向:本能级减对方;二级只含直接模方,无三级乘积
  • 若某 须改简并手续

题 17 · 书9-10 · 非简并 · ⬜未测 ​

设一维无限深势阱()中运动的粒子受到微扰

求基态()能量的一级修正值。

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骨架

  1. 帐篷形 关于 对称,峰高为
  2. 非简并一级:
  3. 用对称性只算左半再 :
  4. 半角 + 分部积分,整理含 的项

入口

  • 半角;交叉项分部积分边界在 处
  • →
  • 介于均匀平均 与峰高 之间(基态中部权重大)

题 18 · 书9-11 · 非简并 ·(氢原子径向) · ⬜未测 ​

如果把氢原子核看作一个半径为 的均匀带电球体,对应于基态电子有一定几率出现在核(球体)内。此时,由于球体内电势 的作用,电子将受到微扰

求氢原子基态( 态)能级的一级修正值。

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骨架

  1. 时 (球外与点核相同);只在核内积分
  2. 球对称:角向积完,只剩径向
  3. :,三项分别积分再相加
  4. 正号:核内吸引变弱 → 能量上升

入口

  • 体积元:(指数≈1)
  • 三项:、、 → 净
  • ;勿漏抵消点核的

题 19 · 书9-12 · 非简并 · ⬜未测 ​

设一个含微扰体系的 Hamilton 量为

其中, 是对角化的,而

求在微扰 的作用下,能量的二级修正值。

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骨架

  1. 对角为零,且 (1–2 无直接耦合)
  2. 一级:
  3. 二级:1、2 只各连到 3;3 连到 1 与 2
  4. 写出三条 ,注意分母符号(低能级被往下推)

入口

  • ,
  • 勿套 9-9 时误加 (本题 )

题 20 · 书9-13 · 非简并 · ⬜未测 ​

已知一维谐振子的能量本征值和本征函数分别为

求:

  • (1) 在微扰 的作用下,谐振子的各个能级能量的一级修正值。如果有必要可利用:
  • (2) 在微扰 的作用下,第 个能级能量的一级修正值。
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骨架

  1. 宗量带 :必须用雅可比
  2. (1) ;奇 : ⇒ 修正为零
  3. 偶 :代入 与
  4. (2) 尖峰移位:(题中位移参数)

入口

  • 雅可比 不可漏;内积元仍是
  • 奇宇称在原点有节点 → "看不见"奇能级

题 21 · 书9-14 · 非简并 · ⬜未测 ​

设非线性谐振子的 Hamilton 量 ,其中

求:二级近似下的能量本征值和一级近似下的波函数。

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骨架

  1. 奇算符 ⇒ 对角为零,
  2. 升降:,展开得 矩阵元
  3. 二级四通道求和,分母 ()
  4. 一级波函数用同一组矩阵元写 ( 太小时删不存在的态)

入口

  • 、(系数含 等)
  • 勿漏 通道(对 贡献大)

题 22 · 书9-15 · 简并 · ⬜未测 ​

考虑耦合谐振子,其 Hamilton 量为

微扰项 中的 为实常数,表示耦合强度。

  • (1) 写出 的本征值的表达式;
  • (2) 在一级近似下,求第一激发态的能量。
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骨架

  1. (1)
  2. 第一激发 :二重简并 ,立久期方程
  3. :对角 ;非对角
  4. 本征值 ,好态

入口

  • ,;劈裂靠非对角
  • ,
  • 或转 简正模:,一级同结果

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