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7.3  设电荷为-e的电子,在电荷为ze的原子核所形成的库仑场中运动,z为原子序数。试用正则方程研究电子的运动。

[解]  这是三个自由度的运动,以场心为坐标系原点,选取球坐标(r,qj)为广义坐标。如图所示,设m为电子的质量,则电子的速度平方为

动能为

势能为    

拉格朗日函数为         

因而得到广义动量为

                           (1)

哈密顿函数

H代入正则方程中,得

             (2)

这就是电子在核力场中的运动方程,因H中不含j,故,pj=C=常数,而,由(2)的第一对方程及(1),可得

                        (3)

(2)式的第二对方程得                    (4)

(3)和(4)中都不含j,故知电子是在一平面内运动,由于电子所受的力是有心力,所以如果令此平面为j=0的平面,则,c=0,而电子在此平面内的运动方程为

7.4  计算泊松括号[Jy,Jz],[Jz,Jx],[Jx,Jy]和[Jx,J2],[Jy,J2],
[Jz,J2]。式中J是角动量,即J=r
´p

[解]  先计算[Jy,Jz]。因为

Jy = zpx – xpz   Jz = xpy – ypx

利用泊松括号性质(3)则有
[Jy,Jz]=[zpx – xpz,xpy - ypx]
=[zpx,xpy] – [zpx,ypx] – [xpz,xpy] + [xpz,ypx]               (1)

再利用性质(4)等式右边第一个泊松括号为

[zpx,xpy] = zx[px,py] + z[px,x]py + x[z,py]px + [z,x]pypx

由基本泊松括号可知右边只有第二个括号为-1,其它均为零,因此有

[zpx,xpy] = - zpy                          (2)

同理可得

                                   (3)

(2)和(3)式代入(1)式,最后得到         [Jy, Jz] = ypz - zpy = Jx

同理可得                 [Jz, Jx] = Jy    [Jx, Jy] = Jz

下面计算[Jx, J2]

同理可证    [Jy,J2] = 0,[Jz,J2] = 0

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