量子力学の教科書で「非相対論的な計算では付加定数を適当に取るのでε=hνから求めたνの値にはあまり意味がない」とはどう言う意味ですか？ この教科書ではεをエネルギー、hをプランク定数、νを振動数としています。

12 p=√2meV となり (1) の第2式から陰極線の波 長入は 1 量子力学の誕生 h h Þ √2me V と計算されることがわかる. me に数値を代入すれば, i= 入= 150 A (1Å=10-10m) V 14 1-8図 Si 単結晶 (111) 表面の低速電子 線回折写真(入射エネルギー 43eV) ( 村田好正氏 (東京大学名誉教授) によ る) となる. V~100Vの程度では陰極線 の波長は1Åの程度になる. この程度の波長の彼ならば, X線と 同様に, 結晶内に規則正しく並んだ原 子によって回折現象を起こすはずである. 事実 , アメリカのデヴィッスンと ガーマーはニッケルの単結晶で電子線を反射させ,X線のときと同様な干渉 図形を得た (1927年). また, わが国の菊池正士は薄い雲母膜で, イギリスの トムソンは薄い金属膜で,電子線の回折像を得て,ド・ブロイの予言の正し いことを実験的に立証した. ド・ブロイの原論文では,相対論的考察が用いられているが,p=h/入は 以下の非相対論的な議論でもそのまま使われるエネルギーの方は,普通の 非相対論的な計算では付加定数を適当にとるので,ε= hv から求めたの値 そのものにはあまり意味がない. しかし、 実際に測定値と比較されるのはい つもショー vmという差の形になるので、不定の付加定数を気にする必要はない. §1.4 波動力学の形成 よく知られているように張られた弦や膜とか管内の空気の振動のように 有限の範囲内に局在する波は定常波 (固有振動) をつくり, そのときの振動 数 5

5つの式から赤のマーカーを求めるのですが、どのようにすれば、早く求まるのでしょうか？ 計算を早くしたいです。

{2-2) 糸の両はしを,質量 M1,M2, 半径 a1,a2 の二つの円板に巻きつけ、両円 板を同一鉛直面内にして, 糸の中間を滑らかな針にかけて放すとき,両円板の加速度 を求めよ. 解 張力をT, 両円板の中心の加速度を α1, O2, と運動方程式は なお, Ma=Mıg-T, 1₁₁=a₁T (1₁=1/2·a₁²M₁) M202=M29-T, 1202=42T (I2=1/2a2²M2) 糸の伸びる加速度: +α2=aw1+a2002 以上式より、17021 (11) W02, Tが求められ,次の結果を得る. 3M1+M2 円板加速度 : 3(M1+M2) A1 = 9, 42= 角加速度 : = 回転角速度を (1) W02 とする M1+3M2 3(M₁+M₂) 9 -9, W₂= @₁ T 張力: T 1 01 M₁g T 4M2 4M₁ 2M₁M₂ 3a】 (M1+M2) 3a2 (M1+M2) 9' 3(M1+M2) {2.3} / 前々問で糸の中間を半径 α1, 質量 M」の円板の定滑車にかけるときはどう a2 M₂9 図 15.8

量子力学・ハイゼンベルクの交換相互作用についての問題です。 参考書を参考に(あ)〜(え)まで解いてみたのですが、考え方はあっていますか？ また、(お)以降の解説をお願いします。ブロッホの定理やフーリエ変換はどのように効いてくるのでしょうか？

III. 以下の文章のあ き の枠内に当てはまる数式や記号を答えよ。 ヘ =1として,スピン角運動量1/2をもつ三つのスピンが,互いに相互作用している系を考え る。スピン演算子を$, S,, $, とすると,系のハミルトニアンは次のように与えられる。 自=-J(S, S+ S,. S。+ $。. S.), J>0. ここでも番目(;= 1,2,3) のスピンのz,9, z 方向成分をそれぞれ好,S, S とする。スピン演算 子の間には (S, SY] = iS}, [SF, SY] = 0などの交換関係が成り立つ、自) = E\d) を満たす。 固有エネルギーEとエネルギー固有状態|)を求めたい。 全スピン角運動量 Shot = $, + $2+S。を使うとハミルトニアンは次のように書き直すことが できる。 自= - + JC, 定数C= あ 'tot このことから基底状態のエネルギー固有値は 時の固有値は S= +1/2, -1/2 のニつであり,これらに相当する1スピン状態をそれぞれ↑。 ↓と記すと,3スピン状態は,|S{ S S3) = |M1),| t)などのように表すことができる。独 立な3スピン状態は全部で 具体的にエネルギー固有状態をあらわしてみよう。 まず基底状態のうちで Sto = St+ Sz + Sg が最大の状態は |S S; Sg) ちに書き下すことができる。 つぎにエネルギー固有状態のうちで Sie = 1/2 のものを求めたい,ハミルトニアンと交換可 能な演算子はハミルトニアンと同時固有状態をもつことを利用する.このような演算子の一つ にスピンをRIS; S; S) = |S; S; S;)のように巡回置換する演算子良がある。-iとなるこ とと,周期系におけるブロッホの定理やフーリエ変換を思い出すと,Rと St。と自の同時固有 状態は適切な定数A(複素数も含む)を用いて い である。 う 種類あり,規格直交基底をなす。にれらの線形結合の形で え のように直 三 る(「4)+A|)+ ^°| +t) V3 と表せることが分かる。Aの取り得る値をすべて列挙すると 底状態となるのは A- か 以上の結果からすでに二つ基底状態が得られた。残りの基底状態を列挙すると, お となる.このうちで,基 の場合である。 き と なる。

量子力学・スピンハミルトニアンの時間発展について質問です。(1)〜(3)までは画像2枚目のように解いたのですが、(4)(5)の計算がとても煩雑になってしまいました。この方針で大丈夫なのでしょうか？また、(6)が分かりません。どのように考えればよいのでしょうか？

II. 図3のように番号;= 1,2,3で区別される3つのスピンがあり、それぞれ2軸方向に上向 きと下向きの2つの状態 |0);, [1}; をとることができる。2種類の相互作用 角,。を選択的に 切り替え、1番目と2番目のスピンの状態を3番目のスピンによって制御する。簡単のためプ ランク定数を2で割った定数んを1とし、相互作用白,白および時間tを無次元量として取 り扱う。 自。 ○ン 0 9 三 図3 ここで、1は恒等演算子、9, o9は番目のスピンの演算子,の行列表現である。各演 算子は10); = |0):, of° |1}; = -|1); を満たす。また、3つのスピンからなる状態を|1,0)|0}= |1);|0)2|0)s などと記すことにする。 (1) (),(o)°, of o) + ooを計算せよ。 (2) 9 を 10);, |1);に作用させた結果をそれぞれ示せ。 C○ (3) 白のもとでの時間発展演算子む(t) = exp(-8白t) = とーを白t)”が n! n=0 0(t) = cos° (t)i - sin° (t)a{)a£) + icos (t) sin (t)(o{) + )) を満たすことを示せ。ただし、一般に可換な演算子A, Bについて、e(4+B) - eáeb が成り 立つことに留意せよ。 (4) 白のもとで時間む、続いてのもとで時間tzだけ相互作用したときの時間発展は ()()= exp(-iHnt) exp(-iAt)と記述される。10,0)|0), I0,1)|0), |1,0) |0), |1, 1)|10) の4つの状態がひっ(n/4)0,(m/4) の時間発展をしたあとの状態をそれぞれ書き下せ。 次に、ある状態() = a|0,0) |0) + |1,1}10} (a, 8 は定数)を用意したところ、予期せぬ相互作 用により、1番目のスピンが微小回転してしまい、状態|)= VI-) + €)に変化し た。eの具体的な大きさは分からないが、状態|)をもとの状態」)に戻したい。 (5) 状態」)を問(4) のD2(T/4)ü,(T/4) によって時間発展させると、 Us(r/4)(r/4)) = \)) + i¢)10) という状態に変化した。1番目と2番目のスピンからなる状態|), o)をそれぞれ具体 的に書き下せ。 (6) 問(5) の状態に対し、3番目のスピンの測定をおこなうと、状態|)|1) と状態|o)|0)の いずれかが得られる。それぞれの状態に対してさらに個別にある演算子を作用させると、 微小回転量eの情報なしに状態 |) に戻せる。各状態について必要な演算子を答えよ。

マーカーのところってどのように近似してるのですか？

7較の2 9z 2 6z "8z OS 6* 9の (寺 -e計のみつ な。 や万,が のぐー2の で時間空間的に変化するとすれば 2 デー ee?一jro三0 となり 図 10-7 ニーソ(zoo二ee?) 王(1上すり)YZzo/2三①)/2 (9三Y2/ zoの) を三e/c とおき, 電界や磁界の成分を ちあe-%*。 万三万e-*%! と書き, 三つの領域で次のよ ヶ生0 : 選三oe二戸ばく 万(%/んoo) (Peは2:一戸,e-はの 0ミニ2 : とーーだoeの上だ/e-7" (6/Zo) (だ2一だ7e-せ9 gz : アーp,e2 万=(%/Z。o) あecばく ヶ三の での連続条件 : ze“二戸"の7三刻,/eは9 > CN 5 だeeー eeニgEret6 ただし 8ニニ 7 守 9 (Qiデの ZiCd り) 応三1/2) 6) 記27-の4。 だ/三1/2) 1一8) 記せの4 を三0 での連続条件 : 玉士戸ーア+だ/。 所一把ニ(1/8) (ダーめど) これを 記, 玉 について解き, 上に得た だ, "を代入すると が=Q/26) {8+1) だ21だ ニ①/48) (d+8)?e-"“ー ローg) 2769) 6は6記。 か=Q①⑪/28) ((@-)だ(8+1 下り = /48) (6?ー1) (6-""ーet) 2は6 173((28gssl (と括りSSいい3) (つの) 。 太。 d+の2e-““ーローの7e76 1T8)?一ローの2e-% CYS 49e は9 VetseciS 右記 (6はTQM2つ。 (Ra だだ| メニーix2=ニ1一2/8

(1.12)の2行はどのように変形してるのでしょうか？

、 錠 1.2 原点を取り囲む閉曲面 ら たパラメータ 積分で表す. その際, パラメータ s,をととしてそれぞれ角度9のを い 2 @2s のの 7p / %/ の (況 ※ 旨 ・万(7(の, の)) (1.10) こう選ぶと電東は正しく曲面の内部から外部へ貫く量を示す物理量となる. もしs4の対応を逆にとると符号が反転してしまうことに注意しよう. いま放 点に電荷のがある場合, 電場は 人 マ (111 所 ーー ez 47enlr 47eo72 でえられる. このとき原点を取り囲む曲面を貫く電東 。 は 穫 27 7p / 2 / 2 (人 9 9 6 6 の 9 slma73らり目較※ 8555 十7sin 9e。 | |・ 3e症 穫 2の sa 了 9 0 ののsin の (ee x e。) er ーー (112) 7CO

(1.5)でどのような計算をしているのかよくわかりません、教えてください🙇‍♂️

6 CE のり の CO で, 真電荷と伝導電流によ て誘起きれた電荷 P4 2 の 5 物質定数を*く んだ場の基と してかきなおすこ とによっ す. 上にのべた なe和のし のとして解釈しなお ノアフトを次に 行ルよ 2・ ed ょず抽介谷< の存在によってで: 物体内に誘起さ れる分極電荷 0z を求めよ 2・ 2章の (の SSOK とく に場が時間的に変わらないときには (x) ニー grad の(%) (1.1) ェょうって生ずる真宅 、この %@②) を静電ポテンシィァルという2・ 点電荷 % に ャの角電坦は第 章 (3.2) にあるように っ ⑪⑭.2) gy) 三 -。。RP R 生還2放502fNSUNeiIE由か2さクトイ である・ KS る. すると 無限避放で 0 になる静電ボテア ンシァルは JA の=ィx。 3 よってあたえられる・ これが正しいことは, 1.3) を(1. 代入してかみれば る. 図1.1 の電気双極子が* 点につくる静電ポテンシィァ わか ルを求めよ 2・ 示デシシァルはスカラー量であるから Pu 6 1 1 = ( 3 。) .$④ 8 QP MO人2が)のョベクョトル を考えて, カーe5 を ーを保ちながから, *つ0 の極限をとる. すると 1 9 / 1 %) 三 ] 5仙 の) 4zeo 2 (で) Os 5G _ 生陽光思 図1.1 ) 4ze ) 微小な電気極子 記 の・grad 1 4zeo gr4do 一・ 2

なぜ、点電荷A、BがそれぞれＰにつくる電場EAベクトル、EBベクトルは、向きは図アのようになるのですか？

物 理 第2問 次の文章(A・B) を読み, 下の間い(問1一4)に答えよ< (番号| 1 |-[ 4 | (配点 20) 座標0 の を点Pとする。 ただし, のWe クー とする。重力の影響は考えなくてよいものとする。

(１)～（４）の考え方、解き方がわからないです。

6W 自動車が急ブレー ーキをかけた ときの運動を考える. 2ままの 臣槍と よび, 証の速度が大きいほど制動距離も長く: なる. ある車が速度 100 km/h で走行している魔に食 プレ ーキをかけた ところ, 制動距離は 84 であっ た. 2 の た クンイレ し人吉の間( は一定の動摩擦カカがはた らき, また宅気抵抗は無視できるとして, 以下の問に答え (①⑪ ブレー ーキをかけた後の加束度 。 を。 動訂作数 /。 重力加束度 を用いて表わせ- ただしプレーキをかけ る直前の速度の向きを正とする. (2②) 前問の結果から, 車は等加速度運動する とわかる. 制動距離を z,。 ブレー シーと oo と して, z を の0, //。 9 を用いて表わせ. と ・ (3) 問題文中の下線部に関して, 浴が2他になると。 制動離は何倍になるか符えよ。 ちなみにこれは運転 免許試験の頻出問題である. (4) 問題文中の状況において, タイヤと路面の間の動作数 の値を有効字2禁で求めよ、ただし重力 加速度を ゥ= 9.8 m/s2 とする. 人 (5) 0層カにされた仁事を求めたい2が 上MOSSGPROEATWTGR て あと何の情報 のはるい2082

(１)～（４）の考え方、解き方がわからないです。

6W 自動車が急ブレー ーキをかけた ときの運動を考える. 2ままの 臣槍と よび, 証の速度が大きいほど制動距離も長く: なる. ある車が速度 100 km/h で走行している魔に食 プレ ーキをかけた ところ, 制動距離は 84 であっ た. 2 の た クンイレ し人吉の間( は一定の動摩擦カカがはた らき, また宅気抵抗は無視できるとして, 以下の問に答え (①⑪ ブレー ーキをかけた後の加束度 。 を。 動訂作数 /。 重力加束度 を用いて表わせ- ただしプレーキをかけ る直前の速度の向きを正とする. (2②) 前問の結果から, 車は等加速度運動する とわかる. 制動距離を z,。 ブレー シーと oo と して, z を の0, //。 9 を用いて表わせ. と ・ (3) 問題文中の下線部に関して, 浴が2他になると。 制動離は何倍になるか符えよ。 ちなみにこれは運転 免許試験の頻出問題である. (4) 問題文中の状況において, タイヤと路面の間の動作数 の値を有効字2禁で求めよ、ただし重力 加速度を ゥ= 9.8 m/s2 とする. 人 (5) 0層カにされた仁事を求めたい2が 上MOSSGPROEATWTGR て あと何の情報 のはるい2082