题目
在极端相对论情形下,粒子的能量动量关系为ε=cp。试求在体积V内,在ε到ε+dε的能量范围内三维粒子的量子态数。
在极端相对论情形下,粒子的能量动量关系为ε=cp。试求在体积V内,在ε到ε+dε的能量范围内三维粒子的量子态数。
题目解答
答案
解析
步骤 1:确定粒子的量子态数与动量的关系
在体积V内,动量在 p 到 p+dp 范围内,三维自由粒子的量子态数为:$\dfrac {4\pi V}{{h}^{3}}{p}^{2}dp$。这里,$h$ 是普朗克常数,$V$ 是体积,$p$ 是动量,$dp$ 是动量的微小变化。
步骤 2:将动量与能量的关系代入
在极端相对论情形下,粒子的能量动量关系为 $\varepsilon = cp$,其中 $c$ 是光速。因此,动量 $p$ 可以表示为 $p = \varepsilon / c$。将这个关系代入步骤 1 中的量子态数公式,得到在能量 $\varepsilon$ 到 $\varepsilon + d\varepsilon$ 范围内的量子态数。
步骤 3:计算能量范围内的量子态数
将 $p = \varepsilon / c$ 代入步骤 1 的公式,得到在能量 $\varepsilon$ 到 $\varepsilon + d\varepsilon$ 范围内的量子态数为:$D(\varepsilon )d\varepsilon =\dfrac {4\pi V}{{(ch)}^{3}}{\varepsilon }^{2}d\varepsilon$。
在体积V内,动量在 p 到 p+dp 范围内,三维自由粒子的量子态数为:$\dfrac {4\pi V}{{h}^{3}}{p}^{2}dp$。这里,$h$ 是普朗克常数,$V$ 是体积,$p$ 是动量,$dp$ 是动量的微小变化。
步骤 2:将动量与能量的关系代入
在极端相对论情形下,粒子的能量动量关系为 $\varepsilon = cp$,其中 $c$ 是光速。因此,动量 $p$ 可以表示为 $p = \varepsilon / c$。将这个关系代入步骤 1 中的量子态数公式,得到在能量 $\varepsilon$ 到 $\varepsilon + d\varepsilon$ 范围内的量子态数。
步骤 3:计算能量范围内的量子态数
将 $p = \varepsilon / c$ 代入步骤 1 的公式,得到在能量 $\varepsilon$ 到 $\varepsilon + d\varepsilon$ 范围内的量子态数为:$D(\varepsilon )d\varepsilon =\dfrac {4\pi V}{{(ch)}^{3}}{\varepsilon }^{2}d\varepsilon$。