1、. 第六章 近独立粒子的最概然分布61试证明,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 D() d =证明:由式子(6-2-13),在体积V=L3内,在PX到PX+dPX,PY到PY+dPY,PZ到PZ+dPZ,的动量范围内,自由粒子可能的量子态数为-(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,的得在体积V内,动量大小在P到P+dP范围内,三维自由粒子可能的量子态数为-(2)上式可以理解为将相空间(m空间)体积元4pVP2dP(体积V,动量球壳4pP2dP)除以相格大小h3而得到的状态数。自由粒子的能量动量关系为因此 , 将上式代入(2)式,即得到在体积V内
2、,在到+d的能量范围内,三维自由粒子的量子态数为 D() d =-(3)62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 D() d =证明:对于一维自由粒子,有 由于p的取值有正、负两种可能,故动量绝对值在 再由 所以 , 证毕63试证明,对于二维自由粒子,在面积L2内,在到+d的能量范围内,量子态数为 D() d =证明:对于二维自由粒子,有 所以,在面积L2内,在内的量子态数为 换为极坐标,则动量大小在内的量子态数为 对从0至2积分,并利用则可得在到+d的能量范围内,量子态数为 D() d =,证毕64在极端相对论情形下,粒子的能量动量关系为e=CP,试求在体积
3、V内,到+d的能量范围内,三维自由粒子的量子态数为 D() d =证明:在体积V=L3内,在PX到PX+dPX,PY到PY+dPY,PZ到PZ+dPZ,的动量范围内,自由粒子可能的量子态数为-(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,的得在体积V内,动量大小在P到P+dP范围内,三维自由粒子可能的量子态数为-(2)在极端相对论情形下,粒子的能量动量关系为e=CP,代入,可得在体积V内,到+d的能量范围内,三维自由粒子的量子态数为 D() d =-(3)66同6.5题,如果粒子是玻色子或费米子,结果如何?解:两种粒子的分布必须满足: ,其中E为系统总能量。又上面各式可得: (
4、1) (2) (3)对于波色子:分布的微观状态数分别为: 系统的微观状态数 在平衡状态下两种粒子的最概然分布是在限制条件(1)、(2)、(3)下使极大的分布,此时必有而 当 时 则由 得 (4)用拉氏乘子、分别乘(1)(2)(3)式并从(4)式中减去,得根据拉氏乘子法原理,上式中每一个及的系数都必须为零,即 00 所以,平衡状态下两种玻色子的最概然分布分别为 al= , al= 对于费米子 当时 用与前面相同的方法,可得平衡状态下的两种费米子的最概然分布分别为al= , al=以上结果表明,无论对于波色子还是费米子,如果把一种粒子看作是一个子系统,系统由两个子系统组成,则平衡时两个子系统具有相同的。.