结构推理
采用柱面坐标(),设磁场B仅存在于很小的柱形区域内,通量为,处无磁场。令,但保持通量不变。(1)证明矢势可以表示为
(1)
(2)讨论机械角动量的本征值,导出磁通量量子化。
【正确答案】解 (1)当矢势A取为式(1)时,在处,显然有
梯度算符的柱坐标表示式为
,,分别为方向的单位矢量。由式(1),得到
对于任何一个垂直于z轴的圆形截面,均有
为磁通量。可见表示式(1)是正确的。
(2)位置矢量r的柱坐标表示式为
因此
机械角动量的z分量为
只需要波函数满足周期性条件
即可保证为Hermite算符,从而求得的本征值为
(2)
但如何选择处,,因处磁场为0,粒子的运动应该不受场的影响,的本征值谱应和的相同,由此可知道式(2)中第二项为的整数倍,即
这就是磁通量的量子化。
【答案解析】