结构推理
求二维和三维中心力场能量本征值问题的对应关系,对于氢原子和各向同性谐振子,利用已知的三维问题能级公式,导出相应的二维问题的能级公式。
【正确答案】众所周知,在三维中心力场问题中,的共同本征态可以表示为
满足径向方程
(1)
二维中心力场的能量本征方程为
Laplace算符的平面极坐标表示式为
的共同本征态为
其中满足径向方程
令
可得满足的方程为
(2)
式(1)和式(2)的结构完全相似,其对应关系为
由此可见,如将三维中心力场能级公式中的量子数l换为,即得相应的二统合中心力场能级公式
例如,三维氢原子,,束缚态能级为
其中为径向量子数,和角量子数互相对立,出现于径向方程(1)的求解过程,仿此,对于二维氢原子,,由式(2)求解,必然得出束缚态能级为
其中为径向量子数。
又如,三维各向同性谐振子,,能级为
其中,为径向量子数,仿此,对于二维各向同性谐振子,,
其中,为径向量子数。
【答案解析】