已知粒子在一维矩形无限深势阱中运动,其波函数为:psi(x)=(1)/(sqrt(a))cdotcos(3pi x)/(2a),-aleq x leq a那么粒子在x=5a/6处出现的概率密度为A. 1/aB. 1/sqrt(a)C. 1/2aD. 1/sqrt(2a)
A. $1/a$
B. $1/\sqrt{a}$
C. $1/2a$
D. $1/\sqrt{2a}$
题目解答
答案
解析
本题考查一维矩形无限深势阱中粒子概率密度的计算,解题的关键在于明确概率密度与波函数的关系,然后将给定的波函数和位置代入公式进行计算。
步骤一:明确概率密度与波函数的关系
在量子力学中,粒子在某一位置出现的概率密度$\rho(x)$等于该位置波函数$\psi(x)$的模的平方,即$\rho(x)=\vert\psi(x)\vert^2$。
步骤二:确定给定的波函数
已知粒子的波函数为$\psi(x)=\frac{1}{\sqrt{a}}\cdot\cos\frac{3\pi x}{2a}$,$-a\leq x \leq a$。
步骤三:计算$x = \frac{5a}{6}$处的波函数值
将$x = \frac{5a}{6}$代入波函数$\psi(x)$中:
$\psi(\frac{5a}{6})=\frac{1}{\sqrt{a}}\cdot\cos(\frac{3\pi}{2a}\cdot\frac{5a}{6})$
先计算$\frac{3\pi}{2a}\cdot\frac{5a}{6}$:
$\frac{3\pi}{2a}\cdot\frac{5a}{6}=\frac{3\pi\times5a}{2a\times6}=\frac{5\pi}{4}$
则$\psi(\frac{5a}{6})=\frac{1}{\sqrt{a}}\cdot\cos\frac{5\pi}{4}$
根据三角函数特殊值可知$\cos\frac{5\pi}{4}=-\frac{\sqrt{2}}{2}$,所以$\psi(\frac{5a}{6})=\frac{1}{\sqrt{a}}\cdot(-\frac{\sqrt{2}}{2})=-\frac{\sqrt{2}}{2\sqrt{a}}$。
步骤四:计算$x = \frac{5a}{6}$处的概率密度
根据概率密度公式$\rho(x)=\vert\psi(x)\vert^2$,可得:
$\rho(\frac{5a}{6})=\vert\psi(\frac{5a}{6})\vert^2=\vert-\frac{\sqrt{2}}{2\sqrt{a}}\vert^2$
因为绝对值的平方等于平方的绝对值,所以$\vert-\frac{\sqrt{2}}{2\sqrt{a}}\vert^2 = (\frac{\sqrt{2}}{2\sqrt{a}})^2$
计算$(\frac{\sqrt{2}}{2\sqrt{a}})^2$:
$(\frac{\sqrt{2}}{2\sqrt{a}})^2=\frac{(\sqrt{2})^2}{(2\sqrt{a})^2}=\frac{2}{4a}=\frac{1}{2a}$