透過 MCP 連接 →

輸入計算

數學公式

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結果

第一個 r 值處的徑向波函數 R(r)
2
units of a₀−3/2 · n=1, l=0, Z=1
r · R(r) at first r value 0
點數 101
r (a₀) R(r) r·R(r)
0 2 0
0.2 1.637462 0.327492
0.4 1.34064 0.536256
0.6 1.097623 0.658574
0.8 0.898658 0.718926
1 0.735759 0.735759
1.2 0.602388 0.722866
1.4 0.493194 0.690471
1.6 0.403793 0.646069
1.8 0.330598 0.595076
2 0.270671 0.541341
2.2 0.221606 0.487534
2.4 0.181436 0.435446
2.6 0.148547 0.386223
2.8 0.12162 0.340536
3 0.099574 0.298722
3.2 0.081524 0.260878
3.4 0.066747 0.226938
3.6 0.054647 0.196731
3.8 0.044742 0.170018
4 0.036631 0.146525
4.2 0.029991 0.125963
4.4 0.024555 0.108041
4.6 0.020104 0.092477
4.8 0.016459 0.079006
5 0.013476 0.067379
5.2 0.011033 0.057372
5.4 0.009033 0.048779
5.6 0.007396 0.041416
5.8 0.006055 0.03512
6 0.004958 0.029745
6.2 0.004059 0.025165
6.4 0.003323 0.021268
6.6 0.002721 0.017957
6.8 0.002228 0.015147
7 0.001824 0.012766
7.2 0.001493 0.010751
7.4 0.001223 0.009047
7.6 0.001001 0.007607
7.8 0.000819 0.006392
8 0.000671 0.005367
8.2 0.000549 0.004504
8.4 0.00045 0.003778
8.6 0.000368 0.003167
8.8 0.000301 0.002653
9 0.000247 0.002221
9.2 0.000202 0.001859
9.4 0.000165 0.001555
9.6 0.000135 0.0013
9.8 0.000111 0.001087
10 0.000091 0.000908
10.2 0.000074 0.000758
10.4 0.000061 0.000633
10.6 0.00005 0.000528
10.8 0.000041 0.000441
11 0.000033 0.000367
11.2 0.000027 0.000306
11.4 0.000022 0.000255
11.6 0.000018 0.000213
11.8 0.000015 0.000177
12 0.000012 0.000147
12.2 0.00001 0.000123
12.4 0.000008 0.000102
12.6 0.000007 0.000085
12.8 0.000006 0.000071
13 0.000005 0.000059
13.2 0.000004 0.000049
13.4 0.000003 0.000041
13.6 0.000002 0.000034
13.8 0.000002 0.000028
14 0.000002 0.000023
14.2 0.000001 0.000019
14.4 0.000001 0.000016
14.6 0.000001 0.000013
14.8 0.000001 0.000011
15 0.000001 0.000009
15.2 0.000001 0.000008
15.4 0 0.000006
15.6 0 0.000005
15.8 0 0.000004
16 0 0.000004
16.2 0 0.000003
16.4 0 0.000002
16.6 0 0.000002
16.8 0 0.000002
17 0 0.000001
17.2 0 0.000001
17.4 0 0.000001
17.6 0 0.000001
17.8 0 0.000001
18 0 0.000001
18.2 0 0
18.4 0 0
18.6 0 0
18.8 0 0
19 0 0
19.2 0 0
19.4 0 0
19.6 0 0
19.8 0 0
20 0 0
Distances in Bohr radii (a = a₀ = 1). The overall sign is a phase convention; (r·R)² is sign independent.

什麼是氫原子徑向波函數計算器?

這個工具能計算類氫(單電子)原子的正規化徑向波函數 R(r),也就是電子波函數中只與電子到原子核距離 r 有關的部分。它同時會輸出 r·R(r),因為徑向機率密度正比於 (r·R(r))²。這是純粹的量子力學結果,放諸四海皆準,沒有國別之分。所有距離均以波耳半徑為單位(a = a₀ = 1)。

1s、2s 和 2p 狀態的徑向波函數曲線隨半徑的變化
若干狀態的徑向波函數 R(r),展示節點數如何隨量子數增加。

使用方式

先選擇原子序 Z(氫為 Z=1,氦離子 He+ 為 Z=2),接著輸入主量子數 n(1、2、3……)與角量子數 l(範圍為 0 到 n−1)。最後設定起始半徑、步長與點數,即可產生一份可直接繪圖的數值表格。

計算公式

引入無因次變數 \(\rho = \frac{2Zr}{na}\),並令 \(a = 1\),正規化徑向波函數為 $$R_{n,l}(r) = N\,e^{-\rho/2}\,\rho^{\,l}\,L_{n-l-1}^{\,2l+1}(\rho)$$ 其中正規化常數 $$N = \sqrt{\left(\frac{2Z}{na}\right)^{3}\frac{(n-l-1)!}{2n\,(n+l)!}}$$ 其中的關聯拉蓋爾多項式定義為 $$L_p^q(x) = \sum (-1)^i \binom{p+q}{p-i} \frac{x^i}{i!}$$

R(r) 與 r·R(r) 曲線隨半徑變化的對比
R(r) 與 r·R(r) 的對比:後者在原點處趨於零,並在中間半徑處達到峰值。

實例演算

以 \(Z=1\)、\(n=2\)、\(l=0\)(即 2s 軌域)為例:$$R_{2,0}(r) = \frac{1}{2\sqrt{2}}(2 - r)\,e^{-r/2}$$ 當 \(r=0\) 時,\(R = \frac{1}{2.828427}\cdot 2 = 0.707107\);當 \(r=2\) 時則出現徑向節點,\(R=0\)。這些結果與計算器的輸出完全一致。

常見問題

為什麼有時前面會出現一個負號?整體正負號只是相位約定,並不具物理意義;\((r\cdot R)^2\) 與正負號無關。

為什麼 \(l\ge 1\) 時 R(0)=0?因為當 \(l\ge 1\) 時,\(r=0\) 處的 \(\rho^l = 0\)。

R(r) 的單位是什麼?是 \(a_0^{-3/2}\),因為波函數是在以波耳半徑為單位的三維空間中進行正規化。

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