Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn QuangCHƯƠNG 3: MỘT SỐ VẤN ĐỀ CƠ HỌC LƯỢNG TỬ I.. Câu 3: Hãy mô tả hệ của bài toán hạt chuyển động tự do trong hộp thế chữ nhật sâu vô hạn.
Trang 1Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang
CHƯƠNG 3: MỘT SỐ VẤN ĐỀ CƠ HỌC LƯỢNG TỬ
I CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
Câu 1: Hãy cho biết trị số có thể có của các đại lượng sau đây:
- Hàm mật độ xác suất | ( ) | r 2 hay *( ) ( )r r
- Xác suất dP=( ) |r 2 dV
hay dP=*( ) ( )r r dV
Câu 2: Tại sao hàm sóng mô tả trạng thái của hệ lượng tử phải là hàm chuẩn hóa? Hãy viết biểu thức
của thừa số chuẩn hóa N của hàm g chưa chuẩn hóa
Câu 3: Hãy mô tả hệ của bài toán hạt chuyển động tự do trong hộp thế chữ nhật sâu vô hạn Hãy viết
các điều kiện biên, trị số thế năng và toán tử Haminton cho hệ này
Câu 4: Hãy tính bước sóng của sóng liên kết với:
a) Chuyển động của điện tử trong nguyên tử H với vận tốc v có độ lớn khoảng 106 m/s
b) Chuyển động của một ô tô, khối lượng m=1 tấn, vận tốc v=100 km/h Từ kết quả thu được có nhận xét gì? (Biết h=6,625.10-34 J.s)
Câu 5: Hãy tính bước sóng liên kết với một điện tử chuyển động trong một điện trường có hiệu điện
thế U=104 V Biết h=6,625.10-34 J.s; e0=1,602.10-19 C
Câu 6: Áp dụng hệ thức bất định Heisenberg hãy tính độ bất định về vị trí, về vận tốc trong các trường
hợp sau đây và cho nhận xét;
a) Điện tử trong nguyên tử với giả thiết v 106m s/
b) Điện tử trong tia âm cực với vận tốc v=106 m/s được xác định với độ chính xác 0,01 %
c) Quả bóng bàn bay, khối lượng 10 gam, vị trí có thể xác định chính xác đến 0,01 nm
Biết h=6,625.10-34 J.s; me=9,1.10-31 kg
II HƯỚNG DẪN GIẢI
Câu 1: Trị số của hai xác suất | ( ) | r 2 và dP=( ) |r 2 dVnằm trong khoảng:
0| ( ) | r 2 và dP=( ) |r 2 dV 1
Tuy nhiên xác suất bằng 1 là rất nhỏ
Câu 2:
- Hàm sóng mô tả trạng thái của hệ lượng tử phải là hàm chuẩn hóa vì khả năng tìm thấy hệ lượng
tử là một biến cố chắc chắn nên xác suất tính theo dP =( ) |r 2 dV phải bằng đơn vị, tức hàm
sóng mô tả hệ lượng tử phải chuẩn hóa
- Từ
2
2
1 1
g dV
1
N
g gdV
Câu 3:
- Mô hình hạt chuyển động tự do trong hộp thế chữ nhật sâu vô hạn:
+ Thành của hộp thế cao vô hạn, thành phản xạ lí tưởng (hạt chạm vào thành lập tức bị bật trở lại trong hộp) Bề rộng hộp thế là OA = L
+ Giả thiết chọn chiều sâu hộp thế đó là trục x Do đó hàm sóng là hàm của biến số x, tức là
( )x
- Điều kiện biên bài toán: phạm vi chuyển động của hạt là: 0 < x < L
+ Khi x=0 ( )x (0) 0
+ Khi x = L ( )x ( ) 0L
- Thế năng: thế năng của hạt cũng là hàm tọa độ của x, nghĩa là U(x) Trị số thế năng đó là:
x 0 hoac x L ( )
0 khi 0 < x < L
khi
U x
Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh
Trang 2Hóa học đại cương 1 Giảng viên: Ths Nguyễn Văn Quang
- Toán tử Hamintơn của hệ: 2
2
H T + U = T = -
2
h d
m dx
Câu 4:
a) Ta có:
34
10
31 6
6,625.10
7, 2.10 9,1.10 10
h
m mv
Đối với kích thước của nguyên tử (d=1A0) thì sóng liên kết De Broglie giữ một vai trò quan trọng b)
34
38
3 5
6,625.10 3600
2, 4.10
10 10
h
m mv
thu được quá nhỏ Đối với kích thước vĩ mô sóng liên kết hoàn toàn không có ý nghĩa
Câu 5:
- Năng lượng điện được tính theo công thức: E = qU
- Động năng của điện tử bằng năng lượng điện:
2
2
eU
m
- Bước sóng của sóng liên kết:
34
6,625.10
2 2.9,1.10 1,602.10 10
mv meU
0 10
0,1228.10 m 0,12 A
Câu 6:
a)
34
10
31 6
6,625.10
Mặc dù trong trường hợp này ta đã giả thiết là độ bất định về vận tốc rất lớn (xấp xỉ bằng chính vận tốc) nhưng kết quả cho thấy độ bất định về vị trí cũng vẫn còn lớn hơn đường kính của nguyên
tử (d10-10m) Trong trường hợp này rất vô nghĩa khi nói đến vị trí và quĩ đạo của điện tử
10 0,01/100 10 10 100 /
34
31 2
6,625.10
0,012 9,1.10 10 6, 28
trong trường hợp này xtương đối nhỏ nên ta có thể nói đến quĩ đạo của điện tử ở tia âm cực c)
34
27 5
6,625.10
0,01.10 6, 28
v
rất nhỏ, vận tốc v được coi là có giá trị xác định, do đó, nguyên lí bất định Heisenberg trở nên
vô nghĩa (đối với vật thể vĩ mô)
Khoa Tự Nhiên – Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Ninh