Калашников Н.П., Смондырев М.А. Основы физики Т.2 (2001) (1135800), страница 25
Текст из файла (страница 25)
¯®¬¨¬, çâ® L^ x; L^ y ; L^ z ïîâáï ®¯¥à â®à ¬¨ ¯®¢®à®â á¨áâ¥¬ë ¢®ªà㣠®á¥© x; y; z , ᮮ⢥âá⢥®.162« ¢ 31. ¥®à¨ï ⮬ z6tttt> -xty(a)z6z6y> - xttttt tt(b)z6z6y>ttt- xttttt(c)z6ytttt>>> -x -xtxtttttttttttttt(a)y(b)y(c)¨á. 31.1: ¢¥à奬 àï¤ã -®¡à § ï 䨣ãà (a) á ç « ¯®¢®à 稢 ¥âáï 90 ¢®ªà㣮ᨠy (b), § ⥬ | ¢®ªà㣠®á¨ x (c). ¨¦¥¬ àï¤ã ¢ë¡à ®¡à â ï ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì â¥å ¦¥ ¯®¢®à®â®¢. ®¥çë© à¥§ã«ìâ â (c) ¯®«ã稫áï ¤à㣨¬.® १ã«ìâ â ¤¢ãå â ª¨å ¯®¢®à®â®¢ § ¢¨á¨â ®â ¨å ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâ¨(à¨á. 31.1). § ᪠§ ®£® ¢ë⥪ ¥â ¢ ¦®¥ á«¥¤á⢨¥: ®¤®¢à¥¬¥® ¨§¬¥à¨¬ë«¨èì ª¢ ¤à â ¬®¬¥â ¨¬¯ã«ìá ¨ ®¤ ¨§ ¥£® ¯à®¥ªæ¨© (¢ ª ç¥á⢥⠪®¢®© ®¡ëç® ¢ë¡¨à îâ L^ z ). â® § ç¨â, çâ® ¢¥ªâ®à L~ ¢ ª¢ ⮢®© ¬¥å ¨ª¥ ¥ ¨¬¥¥â ®¯à¥¤¥«¥®£® ¯à ¢«¥¨ï ¨ ¥£® ¥«ì§ïáç¨â âì ª« áá¨ç¥áª¨¬ ¢¥ªâ®à®¬ á âà¥¬ï ®¯à¥¤¥«¥ë¬¨ ª®¬¯®¥â ¬¨.¢ â®¢ë© ¬®¬¥â ª®«¨ç¥á⢠¤¢¨¦¥¨ï ¬®¦® ãá«®¢® ¯à¥¤áâ ¢¨âìᥡ¥ ª ª ¢¥ªâ®à 䨪á¨à®¢ ®© ¤«¨ë (®¯à¥¤¥«¥®¥ § 票¥ ª¢ ¤à â ¬®¬¥â ¨¬¯ã«ìá ), ¯à ¢«¥ë© ¯®¤ 䨪á¨à®¢ ë¬ ã£«®¬ ª ®á¨ z(®¯à¥¤¥«¥®¥ § 票¥ ¯à®¥ªæ¨¨), ® ¯à¥æ¥áá¨àãî騩 ¢®ªà㣠í⮩ ®á¨(¤à㣨¥ ª®¬¯®¥âë ¥ ®¯à¥¤¥«¥ë).
â® | ¥ ¡®«¥¥ 祬 ¬¥å ¨ç¥áª ï «®£¨ï, ® ® ¢¥à® ®âà ¦ ¥â áãé¥áâ¢¥ë¥ á¢®©á⢠¬®¬¥â ¨¬¯ã«ìá ¢ ª¢ ⮢®© ¬¥å ¨ª¥. ©¤¥¬ ⥯¥àì ᮡáâ¢¥ë¥ äãªæ¨¨ ¨ § ç¥¨ï ®¯¥à â®à L^ z . ¬¥¥¬ãà ¢¥¨¥:@ (') = (') ;i~ @'®âªã¤ (') = Aei'=~ :31.2.®¬¥â ª®«¨ç¥á⢠¤¢¨¦¥¨ï163ਠ¯®¢®à®â¥ 㣮« 2 á¨á⥬ ¢®§¢à é ¥âáï ¢ ¯¥à¢® ç «ì®¥ á®áâ®ï¨¥. â®¡ë ¢®«®¢ ï äãªæ¨ï (') ¥ ¨§¬¥¨« áì, ¥®¡å®¤¨¬® ¢ë¯®«¥¨¥ ãá«®¢¨ï = ~m, £¤¥ m | 楫®¥ (¥ ®¡ï§ â¥«ì® ¯®«®¦¨â¥«ì®¥)ç¨á«®. ®áâ â A ®¯à¥¤¥«ï¥âáï ãá«®¢¨¥¬ ®à¬¨à®¢ª¨: ¨â¥£à « ®âj(')j2 = jAj2 ¯® 㣫ã 'p, ¨§¬¥ïî饬ãáï ®â 0 ¤® 2, ¤®«¦¥ ¡ëâì à ¢¥¥¤¨¨æ¥, ®âªã¤ A = 1= 2 . ª¨¬ ®¡à §®¬, ¬ë ¯à¨å®¤¨¬ ª ª¢ ⮢ ¨î ¯à®¥ªæ¨¨ ¬®¬¥â ¨¬¯ã«ìá , ª®â®à ï ¬®¦¥â ¯à¨¨¬ âì «¨èì æ¥«ë¥ § ç¥¨ï ¢ ¥¤¨¨æ å ¯®áâ®ï®© « ª (~m; £¤¥ m = 0; 1; 2; : : : ).
¨á«® m §ë¢ îâ ¬ £¨âë¬ ª¢ â®¢ë¬ ç¨á«®¬. ®¡á⢥ ï ¢®«®¢ ï äãªæ¨ï L^ z , ᮮ⢥âáâ¢ãîé ï ¤ ®¬ã § 票î m, ¨¬¥¥â ¢¨¤m (') = p1 eim' :(31.4)2 ® áã⨠¤¥« , ¢®«®¢ ï äãªæ¨ï (31.4) ®¯¨áë¢ ¥â ¯«®áªãî ¢®«ã, ¡¥£ãéãî ¯® ®ªà㦮áâ¨. ®«ì ª®®à¤¨ âë ¨£à ¥â 㣮« ', à®«ì ¢®«®¢®£® ¢¥ªâ®à | ¬ £¨â®¥ ª¢ ⮢®¥ ç¨á«® m. ® § ç¥¨ï ¯¥à¥¬¥®© ' ®£à ¨ç¥ë ¯à¥¤¥« ¬¨ 0 ¨ 2.
è \ªà㣮¢ ï" ¢®« ª ª-¡ë§ ª«îç¥ ¢ ¯®â¥æ¨ «ìãî ï¬ã ¨ ᮢ¥àè ¥â 䨨⮥ ¤¢¨¦¥¨¥.âáî¤ | ª¢ ⮢ ¨¥ ¯à®¥ªæ¨¨ ¬®¬¥â ¨¬¯ã«ìá , ¢ ᮮ⢥âá⢨¨á ãáâ ®¢«¥ë¬¨ ¢ëè¥ § ª® ¬¨ ª¢ ⮢®© ¬¥å ¨ª¨. ©¤¥¬ ⥯¥àì ¯à ¢¨« ª¢ ⮢ ¨ï ª¢ ¤à â ¬®¬¥â ¨¬¯ã«ìá . ¥è¥¨¥á®®â¢¥âáâ¢ãî饣® ãà ¢¥¨ï ᮡáâ¢¥ë¥ äãªæ¨¨ ®¯¥à â®à 2L~^ ¤®áâ â®ç® á«®¦®, ¨ ¬ë § ¬¥¨¬ ¥£® ¥ ®ç¥ì áâண¨¬¨, ® ¯à®áâ묨ᮮ¡à ¦¥¨ï¬¨. ãáâì ¢ ª ª®©-â® á¨á⥬¥ ¬ ªá¨¬ «ì ï ¢¥«¨ç¨ ¬ £¨â®£® ª¢ ⮢®£® ç¨á« m à ¢ 楫®¬ã ¥®âà¨æ ⥫쮬ã ç¨á«ã l.®£¤ ¬¨¨¬ «ì®¥ § 票¥ m, ®ç¥¢¨¤®, à ¢® l, â ª çâ® m ¯à®¡¥£ ¥â 2l + 1 ¢®§¬®¦®¥ § 票¥:m = l; l + 1; : : : ; 1; 0; 1; : : : ; l 1; l: ª« áá¨ç¥áª®¬ á«ãç ¥ ¬ ªá¨¬ «ì® ¢®§¬®¦ ï ¯à®¥ªæ¨ï ¬®¬¥â ¨¬~ .
® ¥ á«¥¤ã¥â ®¦¨¤ âì, ç⮯ã«ìá ᮢ¯ ¤ ¥âᬮ¤ã«¥¬¢¥ªâ®à L2®¯¥à â®à L~^ ¡ã¤¥â ¨¬¥âì ᮡáâ¢¥ë¥ § 票ï ~2l2 . ë 㦥 § ¥¬,çâ® ¤ ¦¥ ¯à¨ ¬ ªá¨¬ «ì®© ¢¥«¨ç¨¥ ¯à®¥ªæ¨¨ ¬®¬¥â ¨¬¯ã«ìá ¥ ¯ à ««¥«¥ ®á¨ z (¨ ç¥ ¡ë«¨ ¡ë ¨§¢¥áâë ¢á¥ âਠª®¬¯®¥âë ¬®¬¥â ).2â «® ¡ëâì, ᮡáâ¢¥ë¥ § ç¥¨ï ®¯¥à â®à L~^ ¤®«¦ë ¡ëâì ¡®«ìè¥~2 l2 . ¥¬ã ¦¥ ®¨ à ¢ë?164« ¢ 31. ¥®à¨ï ⮬ ᫨ ¢ ¯à®áâà á⢥ ¥â ¢ë¤¥«¥®£® ¯à ¢«¥¨ï, â® «î¡®¥ § 票¥m à ¢®¢¥à®ïâ®, ¨ á।¥¥ § 票¥ ª¢ ¤à ⠯஥ªæ¨¨ ¬®¬¥â ®áìz à ¢®hL^ 2z ill1 X2 ~2 X2=22=m~m =2l + 1 m= l2l + 1 m=12~2 l(l + 1)(2l + 1)= ~2 l(l + 1) :=2l + 163ਠ¢ë¢®¤¥ ¨á¯®«ì§®¢ « áì ¨§¢¥áâ ï ä®à¬ã« ¤«ï áã¬¬ë ª¢ ¤à ⮢ 楫ëå ç¨á¥«. ¬¥â¨¬, çâ® ¢á¥ âਠª®®à¤¨ âë¥ ®á¨ à ¢®¯à ¢ë, á«¥¤®¢ â¥«ì® â®â ¦¥ १ã«ìâ â á¯à ¢¥¤«¨¢ ¤«ï á।¨å § 票© ª¢ ¤à ⮢®áâ «ìëå ®¯¥à â®à®¢ ¯à®¥ªæ¨¨ ¬®¬¥â ¨¬¯ã«ìá :hL^ 2 i = hL^ 2 i = hL^ 2i = ~2 l(l + 1) :xyz3® ¨å á㬬 ¤ ¥â ª¢ ¤à â ®¯¥à â®à ¬®¬¥â ¨¬¯ã«ìá , á।¥¥ § 票¥ ª®â®à®£® à ¢®, â ª¨¬ ®¡à §®¬,2hL~^ i = ~2 l(l + 1) :(31.5)¬¥® í⮩ ä®à¬ã«®© ®¯¨áë¢ îâáï ᮡáâ¢¥ë¥ § ç¥¨ï ®¯¥à â®à ª¢ ¤à â ¬®¬¥â ¨¬¯ã«ìá , â ª çâ® ãá«®¢®¬®¦® áç¨â âì, çâ® ¤«¨ p¢¥ªâ®à L~ ¢ ª¢ ⮢®© ¬¥å ¨ª¥ à ¢ ~ l(l + 1).
¥«®¥ ¥®âà¨æ ⥫쮥 ª¢ ⮢®¥ ç¨á«® l §ë¢ îâ §¨¬ãâ «ìë¬ ª¢ â®¢ë¬ ç¨á«®¬.«ï áà ¢¥¨ï ¯®«ã稬 ⥬ ¦¥ ᯮᮡ®¬ ª« áá¨ç¥áª¨© ®â¢¥â. ᫨l | ¬ ªá¨¬ «ì®¥ § 票¥ m ¤«ï ª« áá¨ç¥áª®£® ¢¥ªâ®à , â® m ¯à®¡¥£ ¥â ¥¯à¥àë¢ë© àï¤ § 票© ®â l ¤® l á à ¢®© ¢¥à®ïâ®áâìî dm=2l. §¨æ ¢ ⮬, çâ® ¨§-§ ¥¯à¥à뢮á⨠á㬬 § ¬¥ï¥âáï ¨â¥£à «¨ ¬ë ¯®«ãç ¥¬:hL2z i =Zl dml2l(~2m2) =~22lZlldm m2= ~2 l23;¨ «®£¨çë¥ ¢ëà ¦¥¨ï ¤«ï ¤¢ãå ¤à㣨å á।¨å. ª« ¤ë¢ ï ¨å, ¯à¨å®¤¨¬ ª ®¡ë箬ã १ã«ìâ âã ª« áá¨ç¥áª®© 䨧¨ª¨:hL~ 2i = ~2l2 :ਠ¡®«ìè¨å § 票ïå l ®¡ १ã«ìâ â ᮢ¯ ¤ îâ (®¯ïâì | ¯à¨æ¨¯á®®â¢¥âáâ¢¨ï ®à ).31.2.®¬¥â ª®«¨ç¥á⢠¤¢¨¦¥¨ïm = +1m=0m= 1165@@R¨á. 31.2:p ®§¬®¦ë¥ ¯®«®¦¥¨ï ¢¥ªâ®à ¬®¬¥â ¨¬¯ã«ìá ¯à¨ l=1. «¨ ¢¥ªâ®à à ¢ 2, ¥£® ¯à®¥ªæ¨ï ¢ë¤¥«¥ãî ®áì ¬®¦¥â ¯à¨¨¬ âì ⮫쪮 § 票ï 0 ¨ 1(¢ ¥¤¨¨æ å ~).« ¢ë© ¨â®£ í⮣® à §¤¥« | § ª®¬á⢮ á ¯à ¢¨« ¬¨ ª¢ ⮢ ¨ï¬®¬¥â ¨¬¯ã«ìá : ᮡá⢥®¥ § 票¥ ª¢ ¤à â ¬®¬¥â ¨¬¯ã«ìá ®¯à¥¤¥«ï¥âáï ¢¥«¨ç¨®© §¨¬ã⠫쮣® ª¢ ⮢®£® ç¨á« l, ¯à®¥ªæ¨ï¬®¬¥â ¨¬¯ã«ìá | ¢¥«¨ç¨®© ¬ £¨â®£® ª¢ ⮢®£® ç¨á« m, ª®â®à®¥ ¬®¦¥â ¯à¨¨¬ âì «î¡®¥ ¨§ § 票© 0; 1; : : : ; l.
᫨ ¢á¥-â ª¨¯ëâ âìáï ¯à¥¤áâ ¢¨âì ᥡ¥ ª¢ â®¢ë© ¢¥ªâ®à ¬®¬¥â ª®«¨ç¥á⢠¤¢¨¦¥¨ï ª ª ®¡ëçë© ¢¥ªâ®à, â® ¬®¦® ᪠§ âì, çâ® ¯à¨ ¤ ®© ¤«¨¥í⮣® ¢¥ªâ®à ® á®áâ ¢«ï¥â á ¢ë¤¥«¥®© ®áìî «¨èì áâண® ®¯à¥¤¥«¥ë¥ 㣫ë (à¨á. 31.2). ®¤ç¥àª¥¬ ¥é¥ à §, çâ® íâ ª à⨪ | ¢á¥£®«¨èì ¯®¯ë⪠¨§®¡à §¨âì ª¢ â®¢ë¥ á¢®©á⢠¢ ª« áá¨ç¥áª¨å ®¡à § å. ¤ ç 31.25. ®ª § âì, ç⮠ᮣ« á® ª¢ ⮢®© ¬¥å ¨ª¥ ¯à ¢«¥¨¥¬®¬¥â ¨¬¯ã«ìá L~ ¥ ¬®¦¥â ᮢ¯ ¤ âì á ¢ë¤¥«¥ë¬ ¢ ¯à®áâà á⢥ ¯à ¢«¥¨¥¬ ¨ çâ® ¢ ¯à¥¤¥«¥ ¡®«ìè¨å §¨¬ãâ «ìëå ç¨á¥« l 1 ¢®ááâ ¢«¨¢ îâáï ª« áá¨ç¥áª¨¥ ᢮©á⢠.¥è¥¨¥.®áª®«ìªã ¬®¤ã«ì ¢¥ªâ®à ¬®¬¥â ¨¬¯ã«ìá ¯à¨¨¬ ¥â § p票ï ~ l(l + 1), ¥£® ¯à®¥ªæ¨ï ¢ë¤¥«¥®¥ ¯à ¢«¥¨¥ à ¢ ~m,m = l; l + 1; : : : ; l 1; l , â® ¬®¦® ¢¢¥á⨠㣮« ¬¥¦¤ã ¯à ¢«¥¨¥¬¬®¬¥â ¨¬¯ã«ìá ¨ ¢ë¤¥«¥®© ®áìî, â ª çâ® cos ¡ã¤¥â ¯à¨¨¬ â쫨èì ®¯à¥¤¥«¥ë¥ § 票ïcos = p m :l(l + 1)âáî¤ á«¥¤ã¥â, çâ® ¬¨¨¬ «ì®¥ § 票¥ 㣫 ®¯à¥¤¥«ï¥âáï ¬ ªá¨¬ «ìë¬ § 票¥¬ ¥£® ª®á¨ãá , ¤®á⨣ ¥¬ë¬ ¯à¨ m = l:rl :cos min =l +1¨¤®, çâ® ¯à¨ «î¡®¬ ª®¥ç®¬ § 票¨ lp㣮« ¥ à ¢¥ ã«î.
¯à¨¬¥à, ¤«ï p á®áâ®ï¨© l = 1 ¨ cos min = 1= 2, â® ¥áâì min = 45, ¤«ï166p« ¢ 31. ¥®à¨ï ⮬ f á®áâ®ï¨© á l = 3 ¨¬¥¥¬ cos min = 3=2 ¨ min = 30. ¨¤®, çâ®á à®á⮬ l ¬¨¨¬ «ìë© ã£®« ¬¥¦¤ã ¬®¬¥â®¬ ¨¬¯ã«ìá ¨ ®áìî 㬥ìè ¥âáï ¨ ¢ ¯à¥¤¥«¥ l ! 1 ¯®«ãç ¥¬ min = 0. â® ¨ ¥áâì ª« áá¨ç¥áª®¥á¢®©á⢮ ¬®¬¥â ¨¬¯ã«ìá : ᯮᮡ®áâì ¡ëâì ¢ â®ç®á⨠¯ à ««¥«ì묫¬ã ¢ë¤¥«¥®¬ã ¯à ¢«¥¨î.31.3⮬ ¢®¤®à®¤ â æ¨® ஥ ãà ¢¥¨¥ ।¨£¥à ¤«ï ¢®¤®à®¤®¯®¤®¡®£® ⮬ (®¤¨í«¥ªâà® ®ª®«® ï¤à á § à冷¬ Ze) ¨¬¥¥â ¢¨¤:2~2Ze (~r)(~r) = E (~r) :2m4"0 râ® ãà ¢¥¨¥ 㤮¡® § ¯¨á âì ¢ áä¥à¨ç¥áª¨å ª®®à¤¨ â å:24 @22@~L^ 2++2m @r2 r @r2mr2~235 (r; ; ') = E (r; ; ') :4"0 rZe2(31.6) §ã¬¥¥âáï, ¬ë ¥ áâ ¥¬ à¥è âì íâ® ãà ¢¥¨¥, ® ¯à®áâ® ¢¨¬ â¥«ì® ¥£® ¯®á¬®âਬ. ¬¥â¨¬, çâ® â ç áâì ãà ¢¥¨ï (31.6), ª®â®à ï § ¢¨á¨â ®â 㣫®¢, ¢å®¤¨â ⮫쪮 ¢ á®áâ ¢¥ ®¯¥à â®à ª¢ ¤à â ¬®¬¥â ¨¬¯ã«ìá (31.3).
®¢®«ì® ïᥠ䨧¨ç¥áª¨© á¬ëá« í⮣® ç«¥ . ।áâ ¢¨¬ ᥡ¥, çâ® ¢ ¯®«¥æ¥âà «ìëå ᨫ ¯® ®à¡¨â¥ à ¤¨ãᮬ r ¤¢¨¦¥âáï ª« áá¨ç¥áª ï ç áâ¨æ ᨬ¯ã«ìᮬ ~p. ¥ ¬®¬¥â ª®«¨ç¥á⢠¤¢¨¦¥¨ï à ¢¥ L = j[~r ~p]j = r p?,£¤¥ p? | ¯à®¥ªæ¨ï ¨¬¯ã«ìá ¯à ¢«¥¨¥, ®à⮣® «ì®¥ à ¤¨ãᢥªâ®àã ~r. ¡®§ 稬 T? = p2?=2m ª¨¥â¨ç¥áªãî í¥à£¨î \®à⮣® «ì®£®" ¤¢¨¦¥¨ï. ¥ ¬®¦® ¢ëà §¨âì ç¥à¥§ ª¢ ¤à â ¬®¬¥â ª®«¨ç¥á⢠¤¢¨¦¥¨ï:2LT? = 2mr2 :â®â ç«¥ ¤®¡ ¢«ï¥âáï ª ¯®â¥æ¨ «ì®© í¥à£¨¨ ªã«®®¢áª®£® ¯à¨â殮¨ï ª ï¤àã ¨ ¥£® ¬®¦® ¨â¥à¯à¥â¨à®¢ âì ª ª ¯®â¥æ¨ «ìãî í¥à£¨î¢ ¯®«¥ æ¥â஡¥¦ëå ᨫ.
¥©á⢨⥫ì®, ¥á«¨ T? | ¯®â¥æ¨ «ì ïí¥à£¨ï, â® ¥¥ ¯à®¨§¢®¤ ï ¯® r ¤®«¦ ¤ âì ᮮ⢥âáâ¢ãî騥 ᨫë:2222dLLpmv??F = dr 2mr2 = mr3 = mr = r :31.3.⮬ ¢®¤®à®¤ 167 ª®¥ç®¬ ¢ëà ¦¥¨¨ «¥£ª® ã§ âì ¨§¢¥áâãî ¨§ ª« áá¨ç¥áª®© ¬¥å ¨ª¨ ä®à¬ã«ã ¤«ï æ¥â஡¥¦®© ᨫë. ¢ ⮢ ï ¬¥å ¨ª , ª ª íâ® ¨¤®«¦® ¡ëâì, ¢®á¯à®¨§¢®¤¨â ®¢®¬ ã஢¥ १ã«ìâ âë ª« áá¨ç¥áª®©:⥯¥àì ¬®¬¥â ¨¬¯ã«ìá áâ « ®¯¥à â®à®¬, ® ¢®è¥« ¯à¥¦¨å ¯à ¢ å¢ ¢ëà ¦¥¨¥ ¤«ï ®¯¥à â®à ¯®«®© í¥à£¨¨ (£ ¬¨«ì⮨ ).î¡®© ®¯¥à â®à ª®¬¬ãâ¨àã¥â á ¬ á ᮡ®©, ¨ â ª ª ª ®¯¥à â®à ª¢ ¤à â ¬®¬¥â (31.3) ¢®®¡é¥ ¥ § ¢¨á¨â ®â à ¤¨ «ì®© ¯¥à¥¬¥®© r,2^~â® L ª®¬¬ãâ¨àã¥â á £ ¬¨«ì⮨ ®¬ ¨§ ãà ¢¥¨ï ।¨£¥à (31.6).2^^~஬¥ ⮣®, ®¯¥à â®à ¯à®¥ªæ¨¨ ¬®¬¥â ¨¬¯ã«ìá Lz ª®¬¬ãâ¨àã¥â á L¨, áâ «® ¡ëâì, á £ ¬¨«ì⮨ ®¬.