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§6.4.3  球谐振子与氢原子之间的关系

从表面上看,氢原子与球谐振子是两个完全不同的物理问题,但是,有一点是相同的,那就是它们都处于中心力场之中。通过下面的推导可以由氢原子的解得到球谐振子的解。

球谐振子的位势

                     (6.4.26)

式中,

                       (6.4.27)

其本征波函数为

               (6.4.28)

 满足的径向方程为

       (6.4.29)

       氢原子的位势为库仑场

                        (6.4.30)

式中,

                             (6.4.31)

其本征波函数为

               (6.4.32)

 满足的径向方程为

          (6.4.33)

(6.4.29)式与(6.4.33)式的差别仅在于位势的不同,若对(6.4.29)式作如下的变换

               (6.4.34)

则可得 满足的方程

 (6.4.35)

式中,

                           (6.4.36)

                         (6.4.37)

                     (6.4.38)

(6.5.38)式可以解得

                        (6.4.39)

比较发现,(6.4.33)式与(6.4.35)式在形式上是完全相同的两个微分方程,两者的变量之间满足如下对应关系:

  (6.4.40)

已知氢原子的能量本征值为

                (6.4.41)

利用(6.4.40)式的对应关系可知

                                 (6.4.42)

再将(6.4.36)、(6.4.37)及(6.4.39)式代入上式,整理后得到

           (6.4.43)

此即球谐振子的能量本征值。

用同样的方法可以由氢原子的本征波函数得到球谐振子的本征波函数。 

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