Theoretische Physik II: Quantenmechanik

Ähnliche Dokumente
8.6.1 Erwartungswert eines beliebigen Operators O Beispiel: Erwartungswert des Impulses eines freien Teilchens

Physik 4, Übung 8, Prof. Förster

Jürgen Wurm. 31. Mai 2006

Einführung in die Quantenmechanik

Supersymmetrische Quantenmechanik

SO(2) und SO(3) Martin Schlederer. 06. Dezember 2012

Ingenieurmathematik für Maschinenbau, Blatt 1

Experimentalphysik IV

JavaPsi Zur Quantenmechanik am Computer

II.2 Lösung der freien Klein Gordon-Gleichung

ihr Vorzeichen wechselt, wenn man zwei Zeilen oder Kolonnen vertauscht,

Molekularfeldtheorie (MFT)

Thomas Biekötter. 17. Mai Bachelorarbeit Examensmodul im Studiengang Physik (Bachelor of Science)

1 Grundlagen der optischen Spektroskopie

Die Klein-Gordon Gleichung

Man betrachte zunächst die Quantenmechanik zweier Teilchen. Jedes Teilchen für sich werde durch die übliche Einteilchen-Quantenmechanik beschrieben:

Klausur zur Vorlesung Multivariate Verfahren, SS Kreditpunkte, 90 min

= = = 3 10 = = 33

Zulassungsprüfung für den Master-Studiengang in Elektrotechnik und Informationstechnik an der Leibniz Universität Hannover

Physikalisches Praktikum

Mitschrieb zu Physikalische Chemie II: Quantenmechanik und Spektroskopie

Klausur zur Vorlesung Mathematische Grundlagen für Wirtschaftswissenschaftler

Elektronen in Festkörpern

Orthogonale Funktionenräume

Grundzustand und erster angeregter Zustand des Heliumatoms Studienprojekt Molekül- und Festkörperphysik

my f lyer.ch Datenblätter für Register DIN A4 mit 5 / 6 / 7 / 8 / 9 / 10 / 11 / 12 Blättern Wählen Sie bitte die passende Blattzahl aus.

3. Stochastische Prozesse (Version )

Technik der Fourier-Transformation

Gitterherstellung und Polarisation

Physik für Elektroingenieure - Formeln und Konstanten

9 Weitreichende Wechselwirkungen zwischen zwei Molekülen

2 Was ist Theoretische Chemie?

Grundzustandsberechnung von Gross-Pitaevskii Gleichungen

Zulassungsprüfung für den Master-Studiengang in Elektrotechnik und Informationstechnik an der Leibniz Universität Hannover

6 Symmetrische Matrizen und quadratische Formen

Softwaretechnik Teil Webprogrammierung (HTML, PHP) SS2011

Vorlesungsskript Prof. Nierste, SS Quantenmechanik I. 22. April zuletzt aktualisiert am 24. August 2009

Spezielle Eigenfunktionen des Transfer-Operators für Hecke Kongruenz Untergruppen

Hans Walser, [ a] Wurzeln aus Matrizen

Hamilton-Formalismus

1.3 Ein paar Standardaufgaben

5.8.8 Michelson-Interferometer ******

Aufspaltung von Spektrallinien im Magnetfeld. Physikalisches Praktikum für Fortgeschrittene Versuch 1.5, Abteilung B

Rekursionen (Teschl/Teschl )

Modulklausur Konstruktion und Analyse ökonomischer Modelle

0, v 6 = , v 4 = span(v 1, v 5, v 6 ) = span(v 1, v 2, v 3, v 4, v 5, v 6 ) 4. span(v 1, v 2, v 4 ) = span(v 2, v 3, v 5, v 6 )

Fachhochschule Düsseldorf Wintersemester 2008/09

Signale und Systeme. A1 A2 A3 Summe

Elektrische Messverfahren Versuchsvorbereitung

Seite 2 E 1. sin t, 2 T. Abb. 1 U R U L. 1 C P Idt 1C # I 0 cos t X C I 0 cos t (1) cos t X L

Kapitel 7. Bosonfelder: Die Klein-Gordon Gleichung. 7.2 Die Klein-Gordon-Gleichung. 7.1 Einleitung

TheGI 1: Grundlagen und algebraische Strukturen Prof. Dr.-Ing. Uwe Nestmann Februar Schriftliche Leistungskontrolle (EK)

Anleitung zum Physikpraktikum für Oberstufenlehrpersonen Fehlerrechnung und Statistik (FR) Herbstsemester 2015

Relativistische Kinematik - Formelsammlung

Mathematikaufgaben zur Vorbereitung auf das Studium

Klassische Theoretische Physik II. V: Prof. Dr. M. Mühlleitner, Ü: Dr. M. Rauch. Klausur 1 Lösung. 01. August 2012, Uhr

Kursvorlesung PTP4. Theoretische Quantenmechanik

Formulierung einer relativistisch invarianten Definition der Energie von Gravitationswellen - ein unerwarteter Zusammenhang zur Quantenmechanik

Nullserie zur Prüfungsvorbereitung

Modellierung eines molekularen Magneten. Modeling a molecular magnet

Name:... Vorname:... Matrikel-Nr.:... Unterschrift:...

Innere Reibung von Gasen

Themen Übersicht. 1 Das Stehwellenmessgerät. 2 Das (Grid-) Dipmeter. 3 HF Leistungsmessung. 4 Das Oszilloskop. 5 Der Spektrumanalysator.

Q2: Detaillierte Eingabebeschreibungen

Einfluss der Anisotropie auf die Eigenschaften magnetischer Moleküle am Beispiel des Ni 4 -Moleküls

4. Energetik des Kristallgitters 4.1 Energie und spezifische Wärme

my f lyer.de Datenblätter für Register DIN A5 mit 5 / 6 / 7 / 8 / 9 / 10 / 11 / 12 Blättern Wählen Sie bitte die passende Blattzahl aus.

300 Arbeit, Energie und Potential 310 Arbeit und Leistung 320 Felder und Potentiale

Übung zur Vorlesung Physikalische Chemie im Studiengang 3. FS KB Ch und 3. FS BB Phy

Theoretische Physik D: Quantenmechanik I

Dynamik stark getriebener offener Quantensysteme

Einführung in die IR - Spektroskopie

Kapitel 15: Differentialgleichungen

Klausur Rechnungswesen I, Buchführung

II. Klein Gordon-Gleichung

Vertraulich. Nachname: Vorname: Matrikel-Nummer: Studiengang: Datum: 30. Januar 2015

Erstes Nyquistkriterium im Zeitbereich

Quantenmechanik, ein paar Fragen und Antworten

Signale und ihre Spektren

Analytische Fortsetzung der Gross-Pitaevskii-Gleichung für PT -symmetrische Bose-Einstein-Kondensate

Vorbemerkung. [disclaimer]

Bearbeiten Sie alle sechs Aufgaben A1-A6 und eine der zwei Aufgaben B1-B2!

Institut für Entwerfen von Schiffen und Schiffssicherheit. Übung zur Vorlesung Schiffspropeller SS Prof. Dr.-Ing.

Elektrische Leitfähigkeit für zufällige Schrödinger-Operatoren

Darstellungsformen einer Funktion

Bildverarbeitung und Mustererkennung

Quantenmechanik I. Quantenmechanik II

Bandstrukturen II: NFE-Ansatz

Quantenchemie auf dem Rechner

Bildverarbeitung Herbstsemester Fourier-Transformation

Zentrale Aufnahmeprüfung für die Handelsmittelschulen des Kantons Zürich

Einführung in die numerische Quantenchemie

AUFGABEN. Klausur: Modul Planen mit mathematischen Modellen. Termin:

Übungen zur Experimentalphysik 3

Zugelassenes Hilfsmittel: nicht programmierbarer Taschenrechner.

Praktikum: Digitale Signalverarbeitung (ET215) Test 1

Physik im Studium. Physik I - IV. Theoretische Vorlesungen. Praktika. Vorlesungen für Fortgeschrittene. Praktika für Fortgeschrittene

Grundlagen der höheren Mathematik Einige Hinweise zum Lösen von Gleichungen


1 Anregung von Oberflächenwellen (30 Punkte)

Transkript:

Theoretische Physik II: Quantenmechanik Hans-Werner Hammer Marcel Schmidt (mschmidt@theorie.ikp.physik.tu-darmstadt.de) Wintersemester 2016/17 Probeklausur 12./13. Januar 2017 Name: Matrikelnummer: Studiengang: Physik (B.Sc.) Mathematik (B.Sc.) Sonstiges: Erlaubte Hilfsmittel: Zeit: Bemerkungen: Handgeschriebene Formelsammlung (1 DIN-A4-Blatt, Vorder-/Rückseite) 120 Minuten Bearbeiten Sie die Aufgaben auf separaten Blättern. Versehen Sie jedes Blatt mit Ihrem Namen und Ihrer Matrikelnummer. Aufgabe Punkte Gesamt Korrektor 1a) 2 b) 2 c) 3 d) 2 e) 2 f) 2 g) 3 h) 2 i) 3 j) 2 k) 2 SUMME: 25 Aufgabe Punkte Gesamt Korrektor 2a) 6 b) 5 c) 10 d) 5 e) 4 SUMME: 30 3a) 2 b) 10 c) 10 SUMME: 22 4a) 10 b) 5 c) 8 SUMME: 23 Gesamtpunktzahl: von 100 Note: Bestanden Nicht bestanden 1

Aufgabe 1 Quicky-Fragen und Kurzaufgaben (25 Punkte) a) Berechnen Sie x e i k x/ħh und ε mnl k m x n e i k x/ħh. b) Geben Sie die allgemeine Lösung der Differentialgleichung ψ (x) = E ψ(x) für E < 0 und für E > 0 an. c) Wie lautet die eindimensionale, zeitabhängige Schrödinger-Gleichung eines Punktteilchens der Masse m im Potential V (x)? Leiten Sie aus dieser die stationäre Schrödinger-Gleichung her. (3 Punkte) d) Vereinfachen Sie die Kommutatoren ˆp, 3ˆx + ˆp/2 und ˆx, ˆx ˆp 2 soweit wie möglich. e) Zeigen Sie x x = δ(x x ), indem Sie die Vollständigkeitsrelation der Ortsbasis benutzen. h11 h f) Gegeben sei der Hamiltonoperator Ĥ = 12 mit h h 21 h i j. Berechnen Sie alle Energieeigenwerte des Systems. Berechnen Sie dann alle normierten Eigenzustände für den Fall h 12 = h 21 = 0. 22 g) Wie muss α gewählt werden, damit der Zustand χ = + α / 3 normiert ist? Berechnen Sie die Erwartungswerte der Operatoren Ŝ 3 und ˆ S 2 im normierten Zustand χ. (3 Punkte) h) Zeigen Sie, dass â n Eigenzustand des Besetzungszahloperators zum Eigenwert (n+1) ist, wenn n Eigenzustand zum Eigenwert n ist. i) Gegeben sei ein anisotroper harmonischer Oszillator in drei Dimensionen mit Oszillatorfrequenzen ω 1 = ω 2 = ω 3 /2 ω. Geben Sie die niedrigsten 3 Eigenenergien in Einheiten von ħhω sowie deren Entartungsgrade an. (3 Punkte) j) Berechnen Sie 2π 0 dϕ π 0 dθ sin θ Y lm(θ, ϕ) für alle möglichen l, m. k) Gegeben sei der Hamiltonoperator Ĥ r = 1 ˆ L 2 (θ, ϕ). Eine Energiemessung ergebe E = 0. Geben 2Θ Sie die Wellenfunktion ψ t (θ, ϕ) direkt nach der Messung (t = 0) und bei t = T > 0 an. 2

Aufgabe 2 Wellenmechanik: δ-potential (30 Punkte) Gegeben sei der Hamiltonoperator mit α > 0. Ĥ = ħh2 2M 2 x 2 α δ(x) a) Wie lauten die Randbedingungen für ψ(x) und ψ (x) bei x = 0? (6 Punkte) HINWEIS: Integrieren Sie die stationäre Schrödinger-Gleichung über einen Bereich [ ɛ, ɛ] mit ɛ > 0 und betrachten Sie dann den Grenzfall ɛ 0. b) Geben Sie die allgemeinen Lösungen ψ A,B (x) der stationären Schrödinger-Gleichung für die Bereiche x < 0 (A) und x > 0 (B) an, wenn E < 0. Argumentieren Sie, welche Lösungsanteile physikalisch inakzeptabel sind. (5 Punkte) c) Berechnen Sie alle (normierten) Bindungszustände ψ(x) und ihre Energien E. (10 Punkte) d) Betrachten Sie nun den Fall E > 0. Wie lautet die allgemeine Lösung der stationären Schrödinger- Gleichung? Vereinfachen Sie Ihr Resultat für den Fall einer von links einlaufenden ebenen Welle mit Amplitude A = 1. (5 Punkte) e) Bestimmen Sie Transmissionskoeffizient T und Reflexionskoeffizient R im Limes E 0. (4 Punkte) 3

Aufgabe 3 Harmonischer Oszillator: Virialsatz (22 Punkte) a) Zeige für beliebigen Operator A und Ĥ n = E n n, dass n Ĥ, Â n = 0. b) Beweisen Sie den Virialsatz für den eindimensionalen harmonischen Oszillator.(10 Punkte) HINWEIS: Betrachten Sie den Erwartungswert des Kommutators Ĥ, ˆx ˆp. c) Überprüfen Sie den Viriralsatz explizit in der Besetzungszahldarstellung durch Verwendung der Auf- und Absteigeoperatoren. (10 Punkte) 4

Aufgabe 4 Bahndrehimpuls und Messung (23 Punkte) a) Zerlegen Sie die Wellenfunktion mit r x = (10 Punkte) ψ( x) = 3x 2 r 2 exp a2 r x 2 + y 2 + z 2 und a > 0 nach den Eigenfunktionen der Operatoren ˆ L 2 und ˆL 3. HINWEIS: Es gilt cos 2 ϕ = (1 + cos (2ϕ))/2. b) Es werde eine simultane Messung an ˆ L 2 und ˆL 3 durchgeführt. Geben Sie die möglichen Messergebnisse und deren Wahrscheinlichkeiten an. (5 Punkte) c) Berechnen Sie die Normierungskonstante. (8 Punkte) HINWEIS: Es gilt 0 dr r k e ar = k!/a k+1 für k 0 und a > 0. 5