Задача 7. Электрон в атоме водорода находится в состоянии, описываемом радиальной волновой функцией

,

где , и - некоторые постоянные. Найти энергию электрона в этом состоянии.

Решение.

Волновая функция, представляющая состояние с некоторой энергией, является решением уравнения (2). Подставим волновую функцию в уравнение (2). Поскольку заданная волновая функция не зависит от углов, в операторе Лапласа останутся только производные по . Получим уравнение:

.

Подставив сюда заданную волновую функцию и произведя дифференцирование, придем к уравнению:

или, сгруппировав члены по степеням ,

 

 

.

Поскольку при подстановке решения в уравнение должно получаться тождество, соотношение должно обращаться в 0 при любом . Это возможно только, если коэффициенты при всех степенях равны нулю:

; (1)

; (2)

. (3)

Из уравнения (2) имеем . Подставив это выражение в уравнение (1), получаем .

Подставив это выражение в соотношения для энергии, получим:

.

Полученное выражение можно записать в виде: .

Сравнивая с соотношением (9), находим, что найденное значение энергии соответствует уровню .