Persiapkan diri Anda menghadapi ujian fisika kelas 12 semester 1 dengan kumpulan latihan soal komprehensif ini. Kami menyediakan beragam jenis soal mulai dari pilihan ganda, isian singkat, uraian, hingga menjodohkan yang mencakup materi penting seperti listrik statis (Hukum Coulomb, medan listrik, potensial listrik, kapasitor), listrik dinamis (Hukum Ohm, Hukum Kirchhoff, energi dan daya listrik), medan magnet (gaya Lorentz, induksi magnetik, induksi elektromagnetik), hingga rangkaian arus bolak-balik (R-L-C, impedansi, resonansi). Setiap soal pilihan ganda dilengkapi dengan kunci jawaban dan penjelasan mendalam untuk membantu Anda memahami konsep dengan lebih baik. Tingkatkan pemahaman dan keterampilan Anda dalam memecahkan masalah fisika dengan berlatih soal-soal berkualitas tinggi yang dirancang khusus untuk siswa kelas 12.
Contoh Soal soal fisika kelas 12 semester 1
A. Pilihan Ganda
1. Dua muatan listrik q₁ = +2 μC dan q₂ = -4 μC terpisah sejauh 3 cm. Jika konstanta Coulomb k = 9 × 10⁹ Nm²/C², besar gaya tarik-menarik antara kedua muatan adalah…
- A. 8 N
- B. 16 N
- C. 80 N
- D. 160 N
- E. 240 N
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Menggunakan Hukum Coulomb F = k × |q₁q₂| / r². F = (9 × 10⁹) × (2 × 10⁻⁶) × (4 × 10⁻⁶) / (3 × 10⁻²)² = (72 × 10⁻³) / (9 × 10⁻⁴) = 8 × 10¹ N = 80 N.
2. Sebuah titik P berada 2 cm dari muatan listrik +5 μC. Besar medan listrik di titik P adalah…
- A. 1.125 × 10⁷ N/C
- B. 11.25 × 10⁷ N/C
- C. 2.25 × 10⁸ N/C
- D. 4.5 × 10⁸ N/C
- E. 9 × 10⁸ N/C
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Menggunakan rumus medan listrik E = k × |q| / r². E = (9 × 10⁹) × (5 × 10⁻⁶) / (2 × 10⁻²)² = (45 × 10³) / (4 × 10⁻⁴) = 11.25 × 10⁷ N/C.
3. Potensial listrik pada suatu titik yang berjarak 5 cm dari muatan titik +10 μC adalah…
- A. 9 × 10⁵ V
- B. 4.5 × 10⁶ V
- C. 9 × 10⁶ V
- D. 1.8 × 10⁶ V
- E. 3.6 × 10⁶ V
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Menggunakan rumus potensial listrik V = k × q / r. V = (9 × 10⁹) × (10 × 10⁻⁶) / (5 × 10⁻²) = (90 × 10³) / (5 × 10⁻²) = 18 × 10⁵ V = 1.8 × 10⁶ V.
4. Tiga buah kapasitor dengan kapasitas C₁, C₂, dan C₃ dihubungkan secara seri. Kapasitas total rangkaian adalah…
- A. C₁ + C₂ + C₃
- B. (C₁C₂ + C₂C₃ + C₃C₁) / (C₁C₂C₃)
- C. 1/(1/C₁ + 1/C₂ + 1/C₃)
- D. C₁C₂C₃ / (C₁C₂ + C₂C₃ + C₃C₁)
- E. (C₁ + C₂ + C₃) / 3
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Untuk kapasitor yang dihubungkan seri, rumus kapasitas totalnya adalah 1/C_total = 1/C₁ + 1/C₂ + 1/C₃.
5. Sebuah kawat penghantar dialiri arus listrik 2 A. Jika beda potensial antara ujung-ujung kawat adalah 12 V, besar hambatan kawat tersebut adalah…
- A. 6 Ω
- B. 10 Ω
- C. 12 Ω
- D. 24 Ω
- E. 30 Ω
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Menggunakan Hukum Ohm, R = V / I. R = 12 V / 2 A = 6 Ω.
6. Hukum Kirchhoff I menyatakan bahwa jumlah arus yang masuk ke suatu titik percabangan sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik percabangan tersebut. Pernyataan ini didasari oleh kekekalan…
- A. Energi
- B. Momentum
- C. Daya
- D. Muatan listrik
- E. Medan listrik
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Hukum Kirchhoff I (Hukum Arus Kirchhoff) adalah aplikasi dari prinsip kekekalan muatan listrik.
7. Tiga buah resistor masing-masing 2 Ω, 3 Ω, dan 5 Ω dihubungkan secara paralel. Besar hambatan total rangkaian adalah…
- A. 10 Ω
- B. 30/31 Ω
- C. 31/30 Ω
- D. 1/10 Ω
- E. 10/3 Ω
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Untuk resistor paralel, 1/R_total = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃. 1/R_total = 1/2 + 1/3 + 1/5 = (15 + 10 + 6) / 30 = 31/30. Maka R_total = 30/31 Ω.
8. Sebuah lampu pijar memiliki daya 60 W ketika dihubungkan dengan tegangan 220 V. Arus yang mengalir pada lampu tersebut adalah…
- A. 3/11 A
- B. 11/3 A
- C. 0.6 A
- D. 1.2 A
- E. 2.7 A
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Menggunakan rumus daya P = V × I. I = P / V = 60 W / 220 V = 3/11 A ≈ 0.27 A.
9. Sebuah elektron (muatan e = -1.6 × 10⁻¹⁹ C) bergerak dengan kecepatan 2 × 10⁶ m/s tegak lurus terhadap medan magnet seragam 0.5 T. Besar gaya Lorentz yang dialami elektron adalah…
- A. 0.8 × 10⁻¹³ N
- B. 1.2 × 10⁻¹³ N
- C. 1.6 × 10⁻¹³ N
- D. 2.4 × 10⁻¹³ N
- E. 3.2 × 10⁻¹³ N
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Menggunakan rumus gaya Lorentz F = qvB sinθ. Karena tegak lurus, sinθ = sin90° = 1. F = (1.6 × 10⁻¹⁹) × (2 × 10⁶) × 0.5 = 1.6 × 10⁻¹³ N.
10. Medan magnet di pusat solenoida yang memiliki 500 lilitan, panjang 20 cm, dan dialiri arus 2 A adalah… (μ₀ = 4π × 10⁻⁷ Tm/A)
- A. π × 10⁻³ T
- B. 4π × 10⁻³ T
- C. 5π × 10⁻³ T
- D. 2π × 10⁻³ T
- E. 8π × 10⁻³ T
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Rumus medan magnet di pusat solenoida B = μ₀nI = μ₀(N/L)I. B = (4π × 10⁻⁷) × (500 / 0.2) × 2 = (4π × 10⁻⁷) × 2500 × 2 = 20000π × 10⁻⁷ = 2π × 10⁻³ T.
11. Fluks magnetik yang melalui kumparan berubah dari 0.05 Wb menjadi 0.01 Wb dalam waktu 0.02 s. Jika kumparan terdiri dari 100 lilitan, besar GGL induksi yang timbul adalah…
- A. 100 V
- B. 200 V
- C. 300 V
- D. 400 V
- E. 500 V
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Menggunakan Hukum Faraday ε = -N × ΔΦ / Δt. ΔΦ = 0.01 – 0.05 = -0.04 Wb. ε = -100 × (-0.04) / 0.02 = 4 / 0.02 = 200 V.
12. Arah arus induksi dalam suatu penghantar sedemikian rupa sehingga menimbulkan medan magnet yang melawan perubahan fluks magnetik yang menyebabkannya. Pernyataan ini dikenal sebagai…
- A. Hukum Lenz
- B. Hukum Faraday
- C. Hukum Ohm
- D. Hukum Ampere
- E. Hukum Biot-Savart
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Ini adalah definisi dari Hukum Lenz.
13. Sebuah induktor dengan induktansi diri 0.4 H dialiri arus yang berubah dari 5 A menjadi 2 A dalam 0.06 s. Besar GGL induksi diri yang dihasilkan adalah…
- A. 10 V
- B. 15 V
- C. 20 V
- D. 25 V
- E. 30 V
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Menggunakan rumus GGL induksi diri ε = -L × ΔI / Δt. ΔI = 2 – 5 = -3 A. ε = -0.4 × (-3) / 0.06 = 1.2 / 0.06 = 20 V.
14. Pada rangkaian RLC seri, impedansi Z adalah…
- A. √(R² + (X_L – X_C)²)
- B. √(R² + (X_L + X_C)²)
- C. R + X_L + X_C
- D. R + |X_L – X_C|
- E. √(R² – (X_L – X_C)²)
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Rumus impedansi pada rangkaian RLC seri adalah Z = √(R² + (X_L – X_C)²).
15. Sebuah rangkaian RLC seri dengan R = 60 Ω, X_L = 100 Ω, dan X_C = 20 Ω. Jika dihubungkan dengan sumber tegangan AC 200 V, arus efektif yang mengalir adalah…
- A. 1 A
- B. 2 A
- C. 3 A
- D. 4 A
- E. 5 A
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Z = √(R² + (X_L – X_C)²) = √(60² + (100 – 20)²) = √(3600 + 80²) = √(3600 + 6400) = √10000 = 100 Ω. I_eff = V_eff / Z = 200 V / 100 Ω = 2 A.
16. Kondisi di mana reaktansi induktif (X_L) sama dengan reaktansi kapasitif (X_C) pada rangkaian RLC seri disebut…
- A. Induktansi
- B. Kapasitansi
- C. Impedansi maksimum
- D. Resonansi
- E. Daya maksimum
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Ketika X_L = X_C, rangkaian berada dalam kondisi resonansi.
17. Satuan dari reaktansi induktif (X_L) dan reaktansi kapasitif (X_C) adalah…
- A. Ohm
- B. Farad
- C. Henry
- D. Weber
- E. Tesla
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Reaktansi induktif dan kapasitif adalah jenis hambatan dalam rangkaian AC, sehingga satuannya adalah Ohm (Ω).
18. Sebuah kawat lurus panjang dialiri arus listrik 4 A. Besar induksi magnetik pada titik yang berjarak 2 cm dari kawat adalah… (μ₀ = 4π × 10⁻⁷ Tm/A)
- A. 1 × 10⁻⁵ T
- B. 2 × 10⁻⁵ T
- C. 3 × 10⁻⁵ T
- D. 5 × 10⁻⁵ T
- E. 4 × 10⁻⁵ T
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: E
Pembahasan: Menggunakan rumus medan magnet kawat lurus B = μ₀I / (2πa). B = (4π × 10⁻⁷) × 4 / (2π × 0.02) = (16π × 10⁻⁷) / (0.04π) = 400 × 10⁻⁷ = 4 × 10⁻⁵ T.
19. Kapasitor 200 μF dihubungkan dengan sumber tegangan AC 200 V, 50 Hz. Reaktansi kapasitifnya adalah…
- A. 50/π Ω
- B. 100/π Ω
- C. π/50 Ω
- D. 2π/50 Ω
- E. 50π Ω
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: X_C = 1 / (ωC) = 1 / (2πfC). X_C = 1 / (2π × 50 × 200 × 10⁻⁶) = 1 / (2π × 10⁻² ) = 100 / (2π) = 50/π Ω.
20. Faktor daya pada rangkaian RLC seri didefinisikan sebagai perbandingan antara…
- A. Daya reaktif dan daya semu
- B. Daya aktif dan daya reaktif
- C. Hambatan dan impedansi
- D. Reaktansi dan impedansi
- E. Tegangan dan arus
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Faktor daya (cos φ) adalah perbandingan antara hambatan (R) dengan impedansi (Z) rangkaian.
B. Isian Singkat
1. Satuan internasional untuk kapasitas kapasitor adalah…
Jawaban: Farad
2. Gaya yang dialami partikel bermuatan yang bergerak dalam medan magnet disebut gaya…
Jawaban: Lorentz
3. Perubahan fluks magnetik yang menembus suatu kumparan akan menyebabkan timbulnya GGL induksi. Pernyataan ini adalah inti dari Hukum…
Jawaban: Faraday
4. Pada rangkaian RLC seri, kondisi resonansi terjadi ketika nilai reaktansi induktif sama dengan reaktansi…
Jawaban: Kapasitif
5. Arah arus listrik konvensional mengalir dari potensial tinggi ke potensial…
Jawaban: Rendah
C. Menjodohkan
1. Jodohkanlah konsep fisika berikut dengan definisinya yang tepat!
| Premis | Respon |
|---|---|
| Hukum Coulomb | Gaya interaksi antara dua muatan listrik |
| Kapasitansi | Kemampuan kapasitor menyimpan muatan listrik |
| Hukum Ohm | Hubungan antara tegangan, arus, dan hambatan |
| Gaya Lorentz | Gaya pada partikel bermuatan dalam medan magnet |
| Induksi Elektromagnetik | Pembentukan arus listrik akibat perubahan fluks magnetik |
2. Jodohkanlah besaran fisika berikut dengan satuan SI-nya yang benar!
| Premis | Respon |
|---|---|
| Kapasitas Listrik | Farad |
| Induksi Magnetik | Tesla |
| Fluks Magnetik | Weber |
| Induktansi Diri | Henry |
| Hambatan Listrik | Ohm |
D. Uraian
1. Jelaskan perbedaan antara potensial listrik dan energi potensial listrik. Berikan contoh penerapannya dalam kehidupan sehari-hari!
Potensial listrik (V) adalah energi potensial per satuan muatan di suatu titik dalam medan listrik. Ini adalah besaran skalar yang menggambarkan ‘kemampuan’ medan listrik untuk melakukan kerja pada muatan uji. Satuannya adalah Volt (Joule/Coulomb). Energi potensial listrik (EP) adalah energi yang dimiliki oleh suatu muatan listrik karena kedudukannya dalam medan listrik. Ini adalah kerja yang diperlukan untuk memindahkan muatan dari tak hingga ke posisi tersebut. Satuannya adalah Joule. Hubungannya adalah EP = qV. Contoh: Potensial listrik di stop kontak rumah adalah 220 V (potensial). Ketika kita mencolokkan alat listrik (misalnya, mengisi daya ponsel), muatan listrik (q) bergerak dan mendapatkan energi potensial listrik (EP) yang kemudian diubah menjadi bentuk energi lain (misalnya, energi kimia dalam baterai).
2. Dua buah muatan titik +4 μC dan -9 μC terpisah sejauh 10 cm. Tentukan letak titik di mana medan listrik totalnya adalah nol!
Misalkan muatan +4 μC adalah q₁ dan -9 μC adalah q₂. Jarak antara keduanya r = 10 cm. Titik P di mana medan listrik nol harus berada di luar kedua muatan, dan lebih dekat ke muatan yang lebih kecil (dalam hal ini q₁). Misalkan titik P berjarak x dari q₁ dan (x + 10) dari q₂. Medan listrik E₁ dari q₁ dan E₂ dari q₂ harus berlawanan arah dan besarnya sama. E₁ = E₂ → k|q₁|/x² = k|q₂|/(x+r)². 4/x² = 9/(x+10)². Ambil akar kuadrat kedua sisi: 2/x = 3/(x+10) → 2(x+10) = 3x → 2x + 20 = 3x → x = 20 cm. Jadi, titik P berada 20 cm dari muatan +4 μC (dan 30 cm dari muatan -9 μC), di sisi muatan +4 μC yang menjauhi muatan -9 μC.
3. Jelaskan prinsip kerja transformator step-up dan step-down. Apa saja faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi transformator?
Transformator adalah alat yang digunakan untuk mengubah tegangan AC. Transformator step-up berfungsi menaikkan tegangan, ditandai dengan jumlah lilitan sekunder (N_s) lebih banyak dari lilitan primer (N_p) (N_s > N_p), sehingga tegangan sekunder (V_s) lebih besar dari tegangan primer (V_p) (V_s > V_p), dan arus sekunder (I_s) lebih kecil dari arus primer (I_p) (I_s < I_p). Transformator step-down berfungsi menurunkan tegangan, ditandai dengan N_s < N_p, sehingga V_s < V_p, dan I_s > I_p. Faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi transformator antara lain: 1. Rugi histeresis (energi hilang akibat bolak-balik polarisasi magnetik inti). 2. Rugi arus eddy (arus putar dalam inti yang menghasilkan panas). 3. Rugi hambatan kawat (panas akibat hambatan kawat primer dan sekunder). 4. Rugi fluks bocor (tidak semua fluks magnetik primer terhubung ke sekunder).
4. Sebuah rangkaian seri RLC memiliki R = 80 Ω, induktor dengan L = 0.8 H, dan kapasitor dengan C = 50 μF. Rangkaian ini dihubungkan dengan sumber tegangan AC V = 260 sin(100t) V. Hitunglah: a) Impedansi rangkaian, b) Arus efektif yang mengalir pada rangkaian, c) Daya disipasi rata-rata pada rangkaian!
Diketahui: R = 80 Ω, L = 0.8 H, C = 50 μF = 50 × 10⁻⁶ F. Dari V = 260 sin(100t), kita tahu V_maks = 260 V dan ω = 100 rad/s.
a) Reaktansi Induktif (X_L) = ωL = 100 × 0.8 = 80 Ω.
Reaktansi Kapasitif (X_C) = 1/(ωC) = 1/(100 × 50 × 10⁻⁶) = 1/(5 × 10⁻³) = 200 Ω.
Impedansi (Z) = √(R² + (X_L – X_C)²) = √(80² + (80 – 200)²) = √(6400 + (-120)²) = √(6400 + 14400) = √20800 ≈ 144.22 Ω.
b) Arus efektif (I_eff) = V_eff / Z. V_eff = V_maks/√2 = 260/√2 = 130√2 V.
I_eff = (130√2) / 144.22 ≈ 1.27 A.
c) Daya disipasi rata-rata (P_avg) = I_eff² × R = (1.27)² × 80 ≈ 1.6129 × 80 ≈ 129.032 W.
5. Sebuah kawat lurus panjang dialiri arus listrik 5 A. Hitunglah besar dan arah medan magnet pada titik P yang berada 4 cm di sebelah timur kawat, jika arus mengalir ke utara!
Diketahui: I = 5 A, a = 4 cm = 0.04 m. Konstanta permeabilitas ruang hampa μ₀ = 4π × 10⁻⁷ Tm/A.
Besar medan magnet (B) untuk kawat lurus panjang adalah B = μ₀I / (2πa).
B = (4π × 10⁻⁷ Tm/A) × 5 A / (2π × 0.04 m)
B = (20π × 10⁻⁷) / (0.08π) T
B = (20 / 0.08) × 10⁻⁷ T
B = 250 × 10⁻⁷ T = 2.5 × 10⁻⁵ T.
Untuk arah medan magnet, gunakan kaidah tangan kanan. Ibu jari menunjukkan arah arus (ke utara), dan jari-jari yang melingkar menunjukkan arah medan magnet. Jika arus ke utara dan titik P di sebelah timur kawat, maka arah medan magnet di titik P adalah masuk bidang (atau ke bawah).