2004中科院量子力学试题
量子力学复习题附答案
量子力学复习题附答案1. 量子力学的基本假设是什么？答案：量子力学的基本假设包括波函数假设、态叠加原理、测量假设、不确定性原理、薛定谔方程和泡利不相容原理。
2. 描述态叠加原理的内容。
答案：态叠加原理指出，一个量子系统可以处于多个可能状态的线性组合，即叠加态。
系统的态函数可以表示为这些可能状态的叠加。
3. 测量假设在量子力学中扮演什么角色？答案：测量假设指出，当对量子系统进行测量时，系统会从叠加态“坍缩”到一个特定的本征态，其概率由波函数的模方给出。
4. 不确定性原理如何表述？答案：不确定性原理表述为，粒子的位置和动量不能同时被精确测量，它们的不确定性的乘积总是大于或等于某个常数，即 $\Delta x\Delta p \geq \frac{\hbar}{2}$。
5. 薛定谔方程的形式是什么？答案：薛定谔方程的形式为 $i\hbar\frac{\partial}{\partialt}\Psi(r,t) = \hat{H}\Psi(r,t)$，其中 $\Psi(r,t)$ 是波函数，$\hat{H}$ 是哈密顿算符，$\hbar$ 是约化普朗克常数。
6. 泡利不相容原理的内容是什么？答案：泡利不相容原理指出，一个原子中不能有两个或更多的电子处于相同的量子态，即具有相同的一组量子数。
7. 什么是波函数的归一化？答案：波函数的归一化是指波函数的模方在整个空间的积分等于1，即$\int |\psi|^2 d\tau = 1$，其中 $d\tau$ 是体积元素。
8. 描述量子力学中的隧道效应。
答案：隧道效应是指粒子通过一个势垒的概率不为零，即使其动能小于势垒的高度。
这是量子力学中粒子波性质的体现。
9. 什么是自旋？答案：自旋是量子力学中粒子的一种内禀角动量，它与粒子的质量和电荷有关，但与粒子的轨道角动量不同。
10. 什么是能级和能级跃迁？答案：能级是指量子系统中粒子可能的能量状态，能级跃迁是指粒子从一个能级跃迁到另一个能级的过程，通常伴随着能量的吸收或发射。
中科院量子力学考研真题及答案详解(19902010共40套真题)
1990年招收攻读硕士学位研究生入学试卷试题名称： 量子力学（理论型），00分。
、在，氢原子波函数为说明：共五道大题无选择题，计分在题尾标出，满分10t =100210211211一(,0)2r ψψψ=+⎣⎦ 其中右方函数下标表示量子数。
忽略自旋和辐射跃迁。
投影-⎡⎤(1) 此系统的平均能量是多少？nlm 0z L =(2) 这系统在任意时刻处于角动量的几率是多少？ 、利用坐标与动量算符之间的对易投影关系，证明二()2∞00n nE E n x -=∑常数这里是哈密顿量n E 2ˆˆ()2p H V m=+x 的本征能量，相应的本征态为n 。
求出该常数。
、设一质量为μ的粒子在球对称势()(0)V r kr k =>三中运动。
利用测不准关系估算其（束缚态）类似于氢原子，只是用一个正电子代替质子作为核，在非基态的能量。
四、电子偶素e e +-种接触型自旋交换作用相对论极限下，其能量和波函数与氢原子类似。
今设在电子偶素的基态里，存在一8e p ˆˆˆ3H M M π和ˆpM '=-⋅其中ˆe M 是电子和正电子的自旋磁矩ˆˆ(,q )MS q ==e mc±量差，决定哪一个能量更低。
对普通的氢原子，基态波函数： 。
利用一级微扰论，计算此基态中自旋单态与三重态之间的能221137e c 1002,,r a a me ψ-==一质量为= μ的粒子被势场00()(0)r aV r V e V a -=>>所散射，用一级玻恩近似计算微分散射截面。
五、1990年招收攻读硕士学位研究生入学试卷试题名称：量子力学（实验型）分。
光电效应实验指出：当光照射到金属上，说明：共五道大题，无选择题，计分在题尾标出，满分100一、(1) a) 只有当光频率大于一定值0ν时，才有光电子发射出；b) 光电子的能量只与光的频率有关，而与光的强度无关；c) 只要光的频率大于0ν，光子立即产生。
试述：a) 经典理论为何不能解释上述现象，或者说这些实验现象与经典理论矛盾何斯坦假说正确解释上述实验结果。
中科院量子力学题90-11
a 2
中国科学院研究生院 2010 年招收攻读硕士研究生学位研究生入学统一考试试题 811 ） 试题名称：量子力学（ 试题名称：量子力学（811 811）
ˆ、B ˆ 与泡利算符对易，证明： 一、 （1）设 A ˆ )(σ ˆ ⋅B ˆ ⋅B ˆ) = A ˆ + iσ ˆ) ˆ⋅A ˆ ⋅B ˆ(A (σ ˆ、σ ˆ 为单位算符。 ˆ x + iσ ˆ y ) 2 表示成 I ˆ x、σ ˆ y、σ ˆ z 的线性叠加， I （2）试将 ( Iˆ + σ
θ 2
θ 2
（4）求演化成 −ψ ( x, t ) 所需要的最短时间 tmin 。 三、设基态氢原子处于弱电场中，微扰哈密顿量是：
-2-
t ≤ 0; ⎧ 0, ˆ' =⎪ 其中 λ、T 为常数。 H t ⎨ − T ⎪ > λ ze , t 0. ⎩
（1） 求很长时间后 t ≫ T 电子跃迁到激发态的概率，已知基态中 a 为玻尔半 径，基态和激发态波函数为：
0 ⎤ ⎡1 λ ⎢ ˆ 三、 在 H = ⎢λ 3 0 ⎥ 中的粒子的本征值， 设 λ ≪ 1， 利用微扰求其本征值 （精 ⎥ ⎢0 0 λ − 2⎦ ⎥ ⎣ ⎧ 0, 0 < ϕ < ϕ0 ，求粒 other ⎩∞,
确到二级近似） ，并与精确求解相比较。
⎡ cos θ e −iωt ⎤ ⎡1 ⎤ ℏ 四、两个自旋为 的粒子，两个粒子分别为 X 1 = ⎢ ⎥ , X 2 = ⎢ ，求系统处 − iωt ⎥ 2 ⎣0 ⎦ ⎣ sin θ e ⎦
一、在一维无限深方势阱 ( 0 < x < a ) 中运动的粒子受到微扰
a 2a ⎧ < x<a 0, 0 < x < , ⎪ ⎪ 3 3 ' ˆ H ( x) = ⎨ 作用。试求基态能量的一级修正。 a 2a ⎪ −V , < x< 1 ⎪ 3 3 ⎩
中科院量子力学考研题库
中科院量子力学考研题库量子力学是物理学中研究微观粒子行为的分支，它在现代科学和技术中有着广泛的应用。
中科院作为中国科学研究的领军机构，其量子力学的考研题库通常会包含以下几类题目：1. 基础概念题：这类题目旨在考察学生对量子力学基本概念的理解，例如量子态、波函数、量子叠加原理等。
2. 数学工具题：量子力学中使用了大量的数学工具，如线性代数、微分方程等，题目可能会要求学生运用这些工具解决量子力学问题。
3. 物理原理题：这类题目通常要求学生解释量子力学中的某些物理现象，如不确定性原理、量子纠缠等。
4. 实验问题题：量子力学的很多理论都是通过实验验证的，题目可能会要求学生分析实验数据或设计实验方案。
5. 计算题：这类题目要求学生运用量子力学的原理和公式进行计算，解决具体的物理问题。
6. 综合应用题：这类题目综合考察学生的理论知识和应用能力，可能涉及到量子力学在不同领域的应用，如量子计算、量子通信等。
以下是一些可能的题目示例：- 基础概念题：解释海森堡不确定性原理，并举例说明其在微观世界中的重要性。
- 数学工具题：给定一个量子系统的哈密顿量，求解其时间无关的薛定谔方程。
- 物理原理题：描述量子纠缠现象，并解释为什么它违反了经典物理学的定域性原理。
- 实验问题题：分析双缝实验的结果，并讨论它如何支持波粒二象性。
- 计算题：计算一个氢原子在第一激发态时的轨道半径和能量。
- 综合应用题：讨论量子力学在量子计算中的应用，并解释量子比特与经典比特的区别。
量子力学的考研题库旨在全面考察学生对量子力学理论的掌握程度以及解决实际问题的能力。
通过这些题目，学生可以加深对量子力学的理解，并为将来的科研工作打下坚实的基础。
中国科学院2004年硕士研究生入学试题参考答案
中国科学院－中国科学技术大学2004年招收攻读硕士学位研究生入学考试试题试题名称： 固体物理一 NaCl 和CsCl 是两种典型的离子晶体，但具有不同的晶体结构。
1 NaCl 是面心立方点阵，Na 和Cl 离子各组成一个面心立方格子沿立方轴方向移动二分之一交叉而成。
最近邻各6个异性离子，次近邻各12个同性离子。
CsCl 是简单立方点阵，Cs 和Cl 离子各组成一个简单立方格子，沿体对角线方向移动二分之一交叉而成。
最近邻为8个异性离子，次近邻为6个同性离子。
2 它们同属立方晶系，它们相同的特征对称元素是4个3次轴。
3 NaCl ：面心立方，倒易点阵为体心立方，第一布里渊区为截角八面体CsCl ：简单立方，倒易点阵为简单立方，第一布里渊区为简立方体。
4 ∑=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=Nj n n ij ij R B R e N r b r e N U 202024242πεμπε 其中μ，B 是和晶体结构有关的常数，R 为离子间最短距离 1120040-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⇒=∂∂n e nB R R μπεσ5 它们的原胞都含有2个离子，因此各有6支色散关系，3支光学波，3支声学波。
离子晶体的长光学波t l ωω>。
对红外光不同频率有强烈的反射和吸收。
二 1 德拜模型采用弹性波近似。
q v s =ω（v s 为声速）成功地解释了极低温下晶格比热温度关系（T 3定律），极低温下只有长波声子被激发，所以符合弹性波近似条件。
因此在解释较高温度下的晶格比热温度关系不够严格。
2 A 满带电子不导电。
能带中每个电子对电流的贡献为()k v e -。
由于能带()k ε函数的对称性()()k k -=εε，及()()k v k v --=，处于k 态的电子和k -态的电子对电流的贡献恰好抵消。
外加电场时，由k 和h G k +（h G 为倒格矢矢量）等价，满带状况并不改变故满带电子不导电。
B 部分填充能带与满带不同，尽管在无外场时，由于k ，k -对称，总电流为零，但在外场作用下，电子分布沿k 轴一方偏移，电子产生的电流只部分相互抵消，从而产生电流。
量子力学试题及答案
量子力学试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 量子力学的基本原理之一是：A. 牛顿运动定律B. 薛定谔方程C. 麦克斯韦方程组D. 热力学第二定律2. 波函数的绝对值平方代表：A. 粒子的动量B. 粒子的能量C. 粒子在某一位置的概率密度D. 粒子的波长3. 以下哪个不是量子力学中的守恒定律？A. 能量守恒B. 动量守恒C. 角动量守恒D. 电荷守恒4. 量子力学中的不确定性原理是由哪位物理学家提出的？A. 爱因斯坦B. 波尔C. 海森堡D. 薛定谔5. 在量子力学中，一个粒子的波函数可以表示为：B. 一个复数C. 一个向量D. 一个矩阵二、简答题（每题10分，共30分）1. 简述海森堡不确定性原理，并解释其在量子力学中的意义。
2. 解释什么是量子纠缠，并给出一个量子纠缠的例子。
3. 描述量子隧道效应，并解释它在实际应用中的重要性。
三、计算题（每题25分，共50分）1. 假设一个粒子在一维无限深势阱中，其波函数为ψ(x) = A *sin(kx)，其中A是归一化常数。
求该粒子的能量E。
2. 考虑一个二维电子在x-y平面上的波函数ψ(x, y) = A * e^(-αx) * cos(βy)，其中A是归一化常数。
求该电子的动量分布。
答案一、选择题1. B. 薛定谔方程2. C. 粒子在某一位置的概率密度3. D. 电荷守恒4. C. 海森堡二、简答题1. 海森堡不确定性原理指出，粒子的位置和动量不能同时被精确测量，其不确定性关系为Δx * Δp ≥ ħ/2，其中ħ是约化普朗克常数。
这一原理揭示了量子世界的基本特性，即粒子的行为具有概率性而非确定性。
2. 量子纠缠是指两个或多个量子系统的状态不能独立于彼此存在，即使它们相隔很远。
例如，两个纠缠的电子，无论它们相隔多远，测量其中一个电子的自旋状态会即刻影响到另一个电子的自旋状态。
3. 量子隧道效应是指粒子在经典物理中无法穿越的势垒，在量子物理中却有一定概率能够穿越。
中科院量子力学1990-2008(部分有答案)
ˆ 的平均值。 时电子自旋朝上，即 sz 2 ，求 t 0 时自旋 S
五、
假定氢原子内的质子是一个半径为 1013 cm 的均匀带电球壳， 而不是点电
荷，试用一级微扰论计算氢原子 1s 态能量的改变。 一束中子射向氢分子而发生弹性碰撞。忽略电子对中子的作用，而两个 六、 原子核与中子的作用可用下面的简化势代替： (3) (3) V (r ) V0 r a r a ， 。试求高能下 其中 V0 是常数， a 是常矢量（ a 与 a 分别是两核的位置矢量） 的中子散射微分截面，并指出散射截面的一个极大的方向。
一化波函数为
( x, t 0)
8 x x 1 cos sin 5a a a
求(2000 年(实验型)第二题)： (1) 在后来某一时刻 t t0 时的波函数； (2) 在 t 0 和 t t0 时的体系平均能量。 三、 试计算如图所示宽度 OB 精确到微扰的一级近似，
(V E ) 中运动粒子的波函数，计算几率流密
。 度，并证明虚势代表粒子的吸收，求吸收系数（用 V 表示）
试题名称：1990 量子力学（实验型）
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中国科学院－中国科技大学 1991 年招收攻读硕士学位研究生入学试卷
试题名称： 量子力学（理论型）
说明：共五道大题，无选择题，计分在题尾标出，满分 100 分。 一、 一个带电粒子在电磁场中运动，请推导相应的几率守恒定律。求出几率 密度与几率流密度的表达式。 二、 当两个质量为 m 的粒子通过球对称势 V (r ) A ln r r0 ， （ A 0, r0 0 为
Schrödinger's Kitten 2008 年 12 月 14 日
量子力学试题及答案
量子力学试题及答案一、选择题1. 下列哪个不是量子力学的基本假设？A. 薛定谔方程描述了微观粒子的运动B. 波粒二象性存在C. 粒子的能量只能取离散值D. 电子具有自旋答案：A2. 量子力学中，波函数ψ的物理意义是什么？A. 粒子的位置分布概率幅B. 粒子的动量C. 粒子的自旋D. 粒子的能量答案：A3. 下列哪个是测量厄米算符A的本征值所对应的本征态？A. |A⟩= A|ψ⟩B. A|ψ⟩= λ|ψ⟩C. A|ψ⟩= |ψ⟩D. A|ψ⟩ = 0答案：B4. 对于厄米算符A和B，若它们对易（即[A, B] = 0），则可以同时拥有共同的一组本征态。
A. 正确B. 错误答案：A5. 量子力学中，双缝干涉实验的实验结果说明了下列哪个基本原理？A. 波粒二象性B. 运动不确定性原理C. 量子纠缠D. 全同粒子统计答案：A二、填空题1. 薛定谔方程的一般形式为___________。
答案：iℏ∂ψ/∂t = Hψ2. 微观粒子的自旋可取的两个可能取值是_________。
答案：±1/23. 薛定谔方程描述的是粒子的_________。
答案：波函数4. 在量子力学中，观测算符A的平均值表示为_________。
答案：⟨A⟩ = ⟨ψ|A|ψ⟩5. 测量量子系统时，波函数会坍缩到观测算符A的_________上。
答案：本征态三、简答题1. 请简要解释波粒二象性的概念及其在量子力学中的意义。
答：波粒二象性是指微观粒子既具有粒子性质又具有波动性质。
在量子力学中，波函数描述了粒子的波动性质，可以通过波函数的模的平方得到粒子在不同位置出现的概率分布。
波粒二象性的意义在于解释了微观世界中一些奇特的现象，例如双缝干涉实验和量子隧穿现象。
2. 请简要说明量子力学中的不确定性原理。
答：量子力学中的不确定性原理由海森堡提出，它表明在同时测量一粒子的位置和动量时，粒子的位置和动量不能同时具有确定的值，其精度存在一定的限制。
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n
1． 证明动量在态 n 中的平均值为零； 2． 求在态 n 中的动能平均值和势能平均值之间的关系。
ˆ ，定义密度算符（矩阵） 三、设归一化的状态波函数 满足薛定谔方程 i t H
为 。
ˆ 在态 中的平均值可表示为 tr F ； 1． 证明，任意力学量 F
2
描写的状态，其中 0 表示自旋朝下（沿 z 方向） ， 1 表示自旋朝上。当数 a 和 b 都不
1 2
时称为纠缠态。试
求在上面的纠缠态。试求在上面的纠缠态中， 1． 两个粒子的自旋互相平行的几率； 2． 两个粒子的自旋互相反平行的几率； 3． 此系统处于总自旋为 0 的几率； 4． 测量得到粒子 1 自旋朝上的几率多大；发现粒子 1 自旋朝上时，粒子 2 处于什么 状态？
1． 粒子具有Biblioteka 态能量 E1 几率； 2． 粒子的平均能量（用基态能量 E1 的倍数表示） ； 3． 态 4 中的节点数（在节点处，找到粒子的几率密度为零） ； 4． 态 3 的宇称。 ˆ p ˆ 2 2 V ( x), V ( x) V0 x , V0 0, 2, 4, 6, 。 二、考虑一维体系 H ˆ 的本征波函数为 ， 设H
试题名称：2004 量子力学
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中国科学院－中国科技大学 2004 年招收攻读硕士学位研究生入学考试试题
试题名称：量子力学（任选五题，每题 30 分）
一、粒子在一维无限深方势阱 V ( x) 中运动，
x a V ( x) 0 x a 处于状态 1 3 24 。这里 n，n 1, 2,3, 是系统归一化的能量本征态。请问
试题名称：2004 量子力学 第1页 共2页
2 ˆ ˆ ˆ 2 V (r ) (r ) L 六、考虑到自旋轨道耦合的氢原子，其哈密顿量为 H S 2 ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ 1． 证明轨道角动量 L 和 S 不是此系统的守恒量，而总角动量 J L S 是守恒量。 ˆ ˆ 2． 若自旋－轨道相互作用 (r ) L S 可当作微扰，计算此系统基态能量的一级修正。 2 ˆ 2 V (r ) 的本征能量为 E (0) ， nlms Rnl (r )Ylm ( , ) s ， s （H 本征函数： 0 n 2 为自旋波函数）