题目
氢原子Schrödinger方程的解通常表示为波函数,这些波函数的平方给出了电子在空间中的概率密度。以下哪个选项正确描述了波函数的归一化条件?A. 波函数的平方在全空间的积分等于1B. 波函数在全空间的积分等于1C. 波函数的导数在全空间的积分等于0D. 波函数在任意点的绝对值等于1
氢原子Schrödinger方程的解通常表示为波函数,这些波函数的平方给出了电子在空间中的概率密度。以下哪个选项正确描述了波函数的归一化条件?
A. 波函数的平方在全空间的积分等于1
B. 波函数在全空间的积分等于1
C. 波函数的导数在全空间的积分等于0
D. 波函数在任意点的绝对值等于1
题目解答
答案
A. 波函数的平方在全空间的积分等于1
解析
本题考查氢原子波函数的归一化条件这一知识点。解题思路是明确波函数归一化条件的定义,然后根据定义逐一分析各个选项。
- 选项A:
在量子力学中,波函数$\Psi(\vec{r})$描述了微观粒子的状态,而波函数的平方$|\Psi(\vec{r})|^2$表示粒子在空间$\vec{r}$处出现的概率密度。根据概率的基本性质,粒子在整个空间中出现的总概率必然为$1$。用数学公式表示就是对波函数的平方在全空间进行积分,即$\int_{V}|\Psi(\vec{r})|^2dV = 1$,其中$V$表示全空间,$dV$是体积元。所以选项A正确描述了波函数的归一化条件。 - 选项B:
波函数在全空间的积分$\int_{V}\Psi(\vec{r})dV$并不一定等于$1$。波函数本身并没有这样的归一化要求,只有波函数的平方在全空间积分才等于$1$,所以选项B错误。 - 选项C:
波函数的导数在全空间的积分$\int_{V}\frac{\partial\Psi(\vec{r})}{\partial x}dV$(这里以对$x$求导为例)与波函数的归一化条件没有直接关系。归一化条件关注的是波函数平方在全空间的积分,而不是导数的积分,所以选项C错误。 - 选项D:
波函数在任意点的绝对值$|\Psi(\vec{r})|$并不一定等于$1$。波函数的绝对值的大小与粒子在该点出现的概率密度相关,但不是固定为$1$,只有满足$\int_{V}|\Psi(\vec{r})|^2dV = 1$才是归一化条件,所以选项D错误。