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1[7급 국가직 물리학개론] 23년 1회차
폭이 LL인 1차원 무한 퍼텐셜 우물 안에 갇힌 전자가 있다. 이 전자가 첫 번째 들뜬상태, 즉 n=2n=2인 상태에 있을 때 0≤x≤L40\le x\le \dfrac{L}{4}인 범위에서 발견될 확률[%]은?
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해설

n=2n=2 상태에서 구간 0≤x≤L/40\le x\le L/4의 발견 확률은 25 %이다.

파동함수: ψ2=2Lsin⁡2πxL\psi_{2}=\sqrt{\dfrac{2}{L}}\sin\dfrac{2\pi x}{L}

확률: P=2L∫0L/4sin⁡22πxL dx=2L[x2−L8πsin⁡4πxL]0L/4=2L⋅L8=14P=\dfrac{2}{L}\int_{0}^{L/4}\sin^{2}\dfrac{2\pi x}{L}\,dx=\dfrac{2}{L}\left[\dfrac{x}{2}-\dfrac{L}{8\pi}\sin\dfrac{4\pi x}{L}\right]_{0}^{L/4}=\dfrac{2}{L}\cdot\dfrac{L}{8}=\dfrac{1}{4}

0∼L/20\sim L/2가 하나의 봉우리이고 L/4L/4가 그 대칭 중심이므로 봉우리 절반, 곧 전체의 1/4이라는 것으로도 확인된다.

  • 10 %는 적분값 1/4보다 작아 계산 결과와 맞지 않는다.
  • 15 %는 봉우리 절반이라는 대칭 결과보다 작은 값이다.
  • 20 %도 1/4에 못 미쳐 대칭 결과와 맞지 않는다.

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