物理与工程

2026, v.46;No.234(04) 185-192

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薛定谔方程的矩阵有限差分数值解法(英文)
SOLVING SCHR??DINGER EQUATION NUMERICALLY USING THE MATRIX FINITE DIFFERENCE METHOD

冯逸轩,隆笑,郑华,张文超,孙辉,王新刚

摘要(Abstract):

本文采用矩阵有限差分法,在离散网格上对薛定谔方程进行数值求解。该方法在计算给定势场中束缚态的本征能量及相应本征函数时,能够实现数值精度的有效调控。该算法仅需少量代码即可在任何高级编程语言中实现,具有极高的易用性和计算效率。更为重要的是,该数值方法的逻辑与底层原理简明易懂,有助于本科生掌握数值求解薛定谔方程的核心要领,同时在微分方程与线性代数之间建立起直观联系。为展示其应用,本文计算了一维谐振子的本征能量与本征函数,以及氢原子的径向波函数与能级。此外,将矩阵有限差分法与广为人知的矩阵Numerov方法进行了对比,阐述了两者之间的异同。本文旨在揭开量子力学数值计算的“黑箱”面纱,为学生提供对数值算法清晰且直观的理解。

关键词(KeyWords): 薛定谔方程;矩阵Numerov方法;矩阵有限差分法;一维谐振子;氢原子

Abstract:

Keywords:

基金项目(Foundation): 国家自然科学基金(11905120);; 中央高校基本科研业务费专项(GK202202003)

作者(Author): 冯逸轩,隆笑,郑华,张文超,孙辉,王新刚

DOI: 10.27024/j.wlygc.2026.02.26.01

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