第六章 近独立粒子的最概然分布 6.1 试根据式(6 .2 .1 3 )证明:在体积V 内,在 到dε+ ε 的能量范围内,三维自由粒子的量子态数为 132232d2d .VDmh 解: 式(6 .2 .1 3 )给出,在体积3VL内,在xp 到d,xxyppp到d,yyxppp到dxxpp的动量范围内,自由粒子可能的量子态数为 3 ddd.xyzVppph (1) 用动量空间的球坐标描述自由粒子的动量,并对动量方向积分,可得在体积V 内,动量大小在p 到dpp范围内三维自由粒子可能的量子态数为 234 πd .V pph (2) 上式可以理解为将 空间体积元24dVpp(体积V,动量球壳24 πdpp )除以相格大小3h 而得到的状态数. 自由粒子的能量动量关系为 2 .2pm 因此 2,d.pmp pmd 将上式代入式(2),即得在体积V 内,在 到d的能量范围内,三维自由粒子的量子态数为 132232 π( )d2d .VDmh (3) 6.2 试证明,对于一维自由粒子,在长度 L 内,在 到d的能量范围内,量子态数为 122dd .2LmDh 解: 根据式(6.2.14),一维自由粒子在 空间体积元d dxx p 内可能的量子态数为 d d.xx ph 在长度 L 内,动量大小在 p 到dpp范围内(注意动量可以有正负两个可能的方向)的量子态数为 2 d .L ph (1) 将能量动量关系 22pm 代入,即得 122dd .2LmDh (2) 6.3 试证明,对于二维的自由粒子,在面积2L 内,在 到d的能量范围内,量子态数为 222π.LDdmdh 解: 根据式(6.2.14),二维自由粒子在 空间体积元d d ddxyx y pp 内的量子态数为 21 d d dd.xyx y pph (1) 用二维动量空间的极坐标,p 描述粒子的动量,,p 与,xypp 的关系为 cos ,sin .xypppp 用极坐标描述时,二维动量空间的体积元为 d d .p p 在面积2L 内,动量大小在 p 到dpp范围内,动量方向在 到d范围内,二维自由粒子可能的状态数为 22d d.L p ph (2) 对d 积分,从0 积分到2 π,有 20d2 π. 可得在面积2L 内,动量大小在p到dpp范围内(动量方向任意),二维自由粒子可能的状态数为 222 πd .L p ph (3) 将能量动量关系 22pm 代入,即有 222 πdd .LDmh ...