题目
设氢原子的状态是[psi' = ( (1)/(2) R_(21)(r) Y_(11)(theta, varphi) -(sqrt(3))/(2) R_(21)(r) Y_(10)(theta, varphi) _z 的可能取值,及其对应的取值几率和平均值;
设氢原子的状态是
$
\psi' = \left( \begin{array}{c} \frac{1}{2} R_{21}(r) Y_{11}(\theta, \varphi) \\ -\frac{\sqrt{3}}{2} R_{21}(r) Y_{10}(\theta, \varphi) \end{array} \right)
$
求轨道角动量 $\hat{L}^2$,轨道角动量 z 分量 $\hat{L}_z$,自旋角动量 z 分量 $\hat{S}_z$ 的可能取值,及其对应的取值几率和平均值;
题目解答
答案
1. 轨道角动量平方 $\hat{L}^2$:
唯一取值为 $2\hbar^2$,几率为 100%。
\[
\langle \hat{L}^2 \rangle = 2\hbar^2
\]
2. 轨道角动量 $z$ 分量 $\hat{L}_z$:
- 取值 $\hbar$,几率 $P(m=1) = \frac{1}{4}$。
- 取值 $0$,几率 $P(m=0) = \frac{3}{4}$。
\[
\langle \hat{L}_z \rangle = \frac{\hbar}{4}
\]
3. 自旋角动量 $z$ 分量 $\hat{S}_z$:
- 取值 $+\frac{\hbar}{2}$,几率 $P\left(s_z = +\frac{\hbar}{2}\right) = \frac{1}{4}$。
- 取值 $-\frac{\hbar}{2}$,几率 $P\left(s_z = -\frac{\hbar}{2}\right) = \frac{3}{4}$。
\[
\langle \hat{S}_z \rangle = -\frac{\hbar}{4}
\]
最终结果:
- $\hat{L}^2 = 2\hbar^2$(100%)。
- $\hat{L}_z = \hbar$(25%),$0$(75%)。
- $\hat{S}_z = +\frac{\hbar}{2}$(25%),$-\frac{\hbar}{2}$(75%)。
- 平均值:$\langle \hat{L}^2 \rangle = 2\hbar^2$,$\langle \hat{L}_z \rangle = \frac{\hbar}{4}$,$\langle \hat{S}_z \rangle = -\frac{\hbar}{4}$。