Задача № 33

Частица массой падает на прямоугольный потенциальный порог высотой . Энергия частицы равна , причём . Найдите коэффициент отражения и коэффициент прозрачности этого барьера. Убедитесь, что значения этих коэффициентов не зависят от направления движения падающей частицы (слева направо или справа налево).

Решение:

Вид потенциального порога представлен на рисунке 1:

Рисунок 1

Составим уравнения Шредингера для областей 1 и 2:

Для области 1: (1)

Для области 2: (2)

Или в виде:

Для области 1: , где (3)

Для области 2: , где (4)

Решения дифференциальных уравнений (3) и (4) имеют вид:

(5)

(6)

В выражении (5) первое слагаемое является уравнением падающей волны де Бройля электрона, а второе слагаемое – уравнение отражённой волны. В области 2 есть только прошедшая волна, которой соответствует первое слагаемое уравнения (6), поэтому коэффициент . Уравнение (6) примет вид:

(7)

Используя условие непрерывности пси-функций, для точки запишем:

(8)

Используя условие гладкости пси-функций, для точки можем записать:

(9)

Используя уравнения (8) и (9), найдём:

(10)

(11)

Рассмотрим поток плотности вероятности, который определяется также как и поток любой другой физической величины: , где - скорость частицы, а - квадрат амплитуды волновой функции, характеризующий плотность вероятности местонахождения частицы. Так как скорость частицы , то для падающей, отражённой и прошедшей волн де Бройля электрона в нашем случае можно записать:

Для падающей волны: (12)

Для отражённой волны: (13)

Для прошедшей волны: (14)

Теперь определим коэффициенты, учитывая также выражения (10) и (11):

Коэффициент отражения: (15)

Коэффициент пропускания: (16)

Сумма коэффициентов отражения и пропускания (коэффициента прозрачности потенциального порога) равна 1:

(17)

При изменении направления движения частицы и меняются местами. Как видно из выражений для коэффициентов отражения и пропускания, при замене на и на , коэффициенты не изменяются, значит, они не зависят от направления движения частицы.

Учитывая, что и найдём коэффициенты отражения и пропускания:

(18)

(19)

Ответ:

.