Persiapkan diri Anda menghadapi Ujian Akhir Semester (UAS) Fisika Kelas 12 SMA Semester 2 dengan kumpulan soal komprehensif ini. Fisika di tingkat akhir SMA mencakup materi yang menantang seperti listrik statis, listrik dinamis, medan magnet, induksi elektromagnetik, arus bolak-balik, fisika modern, hingga relativitas. Memahami konsep-konsep ini sangat penting tidak hanya untuk nilai akademis yang baik tetapi juga sebagai bekal untuk studi lanjut di perguruan tinggi. Artikel ini menyediakan berbagai jenis soal, mulai dari pilihan ganda, isian singkat, esai, hingga menjodohkan, yang dirancang untuk menguji pemahaman Anda secara menyeluruh. Dengan berlatih secara rutin menggunakan contoh soal ini, Anda akan lebih percaya diri, mampu mengidentifikasi area yang perlu diperbaiki, dan siap menghadapi ujian sesungguhnya. Jangan lewatkan kesempatan untuk mengukur kemampuan dan memperdalam penguasaan materi Fisika Anda!
Latihan Soal Contoh Soal UAS Fisika Kelas 12 SMA Semester 2
1. Dua muatan listrik masing-masing +4 μC dan -8 μC terpisah sejauh 4 cm. Besar gaya tarik-menarik antara kedua muatan tersebut adalah (k = 9 × 10^9 Nm²/C²):
- A. 18 N
- B. 36 N
- C. 180 N
- D. 360 N
2. Sebuah kawat lurus panjang dialiri arus listrik 5 A. Besar induksi magnetik pada titik yang berjarak 2 cm dari kawat adalah (μ₀ = 4π × 10^-7 Wb/Am):
- A. 2 × 10^-5 T
- B. 5 × 10^-5 T
- C. 1 × 10^-4 T
- D. 2 × 10^-4 T
3. Jika sebuah kapasitor 10 μF dihubungkan dengan sumber tegangan 100 V, muatan yang tersimpan pada kapasitor adalah:
- A. 1 mC
- B. 10 mC
- C. 100 mC
- D. 1 C
4. Sebuah kumparan memiliki 200 lilitan dan luas penampang 50 cm². Jika medan magnet yang menembus kumparan berubah dari 0,2 T menjadi 0,8 T dalam waktu 0,1 detik, GGL induksi rata-rata yang timbul adalah:
- A. 3 V
- B. 4 V
- C. 6 V
- D. 8 V
5. Rangkaian RLC seri memiliki R = 60 Ω, L = 0,8 H, dan C = 200 μF. Jika frekuensi sudut sumber adalah 100 rad/s, impedansi rangkaian adalah:
- A. 60 Ω
- B. 80 Ω
- C. 100 Ω
- D. 120 Ω
6. Pernyataan yang benar tentang efek fotolistrik adalah:
- A. Energi kinetik elektron yang terlepas bergantung pada intensitas cahaya.
- B. Frekuensi ambang adalah frekuensi minimum agar elektron dapat terlepas.
- C. Semakin tinggi intensitas cahaya, semakin besar energi kinetik elektron.
- D. Efek fotolistrik dapat dijelaskan dengan teori gelombang cahaya.
7. Menurut teori relativitas Einstein, jika sebuah benda bergerak mendekati kecepatan cahaya, maka:
- A. Massanya berkurang.
- B. Panjangnya bertambah.
- C. Waktu berjalan lebih lambat bagi pengamat di bumi.
- D. Energi diamnya berkurang.
8. Inti atom terdiri dari:
- A. Proton dan neutron
- B. Proton dan elektron
- C. Neutron dan elektron
- D. Proton, neutron, dan elektron
9. Reaksi inti yang terjadi pada matahari adalah:
- A. Fisi nuklir
- B. Fusi nuklir
- C. Peluruhan alfa
- D. Peluruhan beta
10. Panjang gelombang de Broglie dari sebuah elektron yang bergerak dengan kecepatan v adalah:
- A. λ = h/mv²
- B. λ = mv/h
- C. λ = E/h
- D. λ = h/mv
11. Besar kuat medan listrik pada sebuah titik yang berjarak r dari muatan titik Q diberikan oleh rumus:
- A. E = kQ/r²
- B. E = kQ/r
- C. E = kQ²/r
- D. E = kQ²/r²
12. Hukum Kirchhoff I menyatakan bahwa:
- A. Jumlah tegangan dalam satu loop tertutup adalah nol.
- B. Jumlah hambatan dalam satu loop tertutup adalah nol.
- C. Jumlah arus yang masuk ke suatu titik cabang sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik cabang tersebut.
- D. Jumlah daya yang masuk ke suatu titik cabang sama dengan jumlah daya yang keluar dari titik cabang tersebut.
13. Fungsi transformator step-up adalah untuk:
- A. Menurunkan tegangan dan menaikkan arus.
- B. Menaikkan tegangan dan menurunkan arus.
- C. Menaikkan tegangan dan menaikkan arus.
- D. Menurunkan tegangan dan menurunkan arus.
14. Resonansi pada rangkaian RLC seri terjadi ketika:
- A. Reaktansi induktif sama dengan reaktansi kapasitif.
- B. Reaktansi induktif lebih besar dari reaktansi kapasitif.
- C. Reaktansi induktif lebih kecil dari reaktansi kapasitif.
- D. Hambatan sama dengan nol.
15. Salah satu sifat gelombang elektromagnetik adalah:
- A. Memerlukan medium untuk merambat.
- B. Hanya dapat merambat dalam ruang hampa.
- C. Kecepatannya bergantung pada frekuensi.
- D. Dapat mengalami polarisasi.
16. Menurut model atom Bohr, elektron bergerak mengelilingi inti pada lintasan tertentu tanpa memancarkan energi. Lintasan ini disebut:
- A. Orbit bebas
- B. Orbit stasioner
- C. Orbit elips
- D. Orbit acak
17. Inti atom yang memiliki jumlah proton sama tetapi jumlah neutron berbeda disebut:
- A. Isotop
- B. Isobar
- C. Isoton
- D. Isomer
18. Gaya Lorentz pada kawat berarus dalam medan magnet diberikan oleh rumus:
- A. F = BIL/sinθ
- B. F = Bqv
- C. F = BILsinθ
- D. F = qvB/sinθ
19. Pernyataan yang benar tentang energi ikat inti adalah:
- A. Energi yang dilepaskan saat inti terpecah.
- B. Energi yang diperlukan untuk membuat inti stabil.
- C. Energi kinetik partikel dalam inti.
- D. Energi yang diperlukan untuk memisahkan inti menjadi nukleon-nukleon penyusunnya.
20. Waktu paruh suatu unsur radioaktif adalah 10 hari. Jika massa awal unsur tersebut 200 gram, setelah 30 hari massa yang tersisa adalah:
- A. 100 gram
- B. 25 gram
- C. 50 gram
- D. 12,5 gram
21. Jelaskan apa yang dimaksud dengan kapasitansi sebuah kapasitor dan sebutkan satuannya!
22. Sebutkan dan jelaskan secara singkat dua faktor yang mempengaruhi besar GGL induksi pada kumparan!
23. Apa perbedaan utama antara arus searah (DC) dan arus bolak-balik (AC)?
24. Sebutkan tiga contoh aplikasi gelombang elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari!
25. Apa yang dimaksud dengan cacat massa (mass defect) dalam fisika inti?
26. Jelaskan konsep fluks magnetik dan bagaimana perubahan fluks magnetik dapat menghasilkan GGL induksi berdasarkan Hukum Faraday!
27. Terangkan secara rinci mengenai Efek Fotolistrik, termasuk syarat terjadinya dan bagaimana teori kuantum menjelaskan fenomena ini!
28. Jelaskan postulat-postulat dasar teori relativitas khusus Einstein dan sebutkan dua konsekuensi penting dari teori tersebut!
29. Bagaimana cara kerja transformator dan apa saja faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensinya?
30. Jelaskan bagaimana konsep energi ikat inti dan cacat massa digunakan untuk menentukan stabilitas inti atom. Berikan contoh inti atom yang stabil dan tidak stabil.
31. Jodohkan konsep fisika dengan penjelasannya yang tepat!
Cocokkan data berikut:
- Hukum Lenz — Arah GGL induksi selalu menentang perubahan fluks magnetik yang menyebabkannya
- Efek Compton — Perubahan panjang gelombang sinar-X atau sinar gamma saat berinteraksi dengan elektron
- Defek Massa — Selisih antara massa nukleon penyusun inti dengan massa inti sebenarnya
32. Jodohkan besaran fisika dengan satuannya dalam SI!
Cocokkan data berikut:
- Medan Magnet — Tesla (T)
- Fluks Magnetik — Weber (Wb)
- Kapasitansi — Farad (F)
- Reaktansi Induktif — Ohm (Ω)
- Dosis Serap Radiasi — Gray (Gy)
Kunci Jawaban dan Pembahasan
No. 1 (Multiple Choice)
C
No. 2 (Multiple Choice)
B
No. 3 (Multiple Choice)
A
No. 4 (Multiple Choice)
C
No. 5 (Multiple Choice)
D
No. 6 (Multiple Choice)
B
No. 7 (Multiple Choice)
C
No. 8 (Multiple Choice)
A
No. 9 (Multiple Choice)
B
No. 10 (Multiple Choice)
D
No. 11 (Multiple Choice)
A
No. 12 (Multiple Choice)
C
No. 13 (Multiple Choice)
B
No. 14 (Multiple Choice)
A
No. 15 (Multiple Choice)
D
No. 16 (Multiple Choice)
B
No. 17 (Multiple Choice)
A
No. 18 (Multiple Choice)
C
No. 19 (Multiple Choice)
D
No. 20 (Multiple Choice)
B
No. 21 (Short Answer)
Kapasitansi adalah kemampuan sebuah kapasitor untuk menyimpan muatan listrik. Satuannya adalah Farad (F).
No. 22 (Short Answer)
Dua faktor yang mempengaruhi GGL induksi adalah: 1) Laju perubahan fluks magnetik (semakin cepat perubahan fluks, semakin besar GGL induksi), dan 2) Jumlah lilitan kumparan (semakin banyak lilitan, semakin besar GGL induksi).
No. 23 (Short Answer)
Arus searah (DC) mengalir dalam satu arah konstan, sedangkan arus bolak-balik (AC) arah alirannya berubah-ubah secara periodik.
No. 24 (Short Answer)
Tiga contoh aplikasi gelombang elektromagnetik adalah: gelombang radio untuk komunikasi, sinar-X untuk pencitraan medis, dan gelombang mikro untuk oven microwave.
No. 25 (Short Answer)
Cacat massa adalah selisih antara total massa nukleon penyusun inti (proton dan neutron) dengan massa inti atom sesungguhnya. Selisih massa ini diubah menjadi energi ikat inti.
No. 26 (Essay)
Fluks magnetik adalah ukuran jumlah garis medan magnet yang menembus suatu luasan tertentu. Secara matematis, fluks magnetik (Φ) didefinisikan sebagai hasil kali kuat medan magnet (B), luas penampang (A), dan cosinus sudut antara arah medan magnet dengan garis normal bidang (Φ = BA cosθ). Satuan fluks magnetik adalah Weber (Wb).
Menurut Hukum Faraday tentang Induksi Elektromagnetik, GGL (Gaya Gerak Listrik) induksi akan timbul pada sebuah kumparan atau konduktor jika terjadi perubahan fluks magnetik yang menembus kumparan tersebut. Besar GGL induksi berbanding lurus dengan laju perubahan fluks magnetik dan jumlah lilitan kumparan. Rumusnya adalah ε = -N (dΦ/dt), di mana N adalah jumlah lilitan, dan dΦ/dt adalah laju perubahan fluks magnetik terhadap waktu. Tanda negatif menunjukkan arah GGL induksi sesuai Hukum Lenz, yaitu selalu menentang perubahan fluks magnetik yang menyebabkannya. Perubahan fluks magnetik bisa terjadi karena perubahan kuat medan magnet, perubahan luas bidang yang ditembus medan magnet, atau perubahan sudut antara medan magnet dan bidang.
No. 27 (Essay)
Efek fotolistrik adalah peristiwa terlepasnya elektron dari permukaan logam ketika logam tersebut disinari oleh cahaya dengan frekuensi tertentu. Fenomena ini menunjukkan sifat partikel dari cahaya (foton).
Syarat terjadinya efek fotolistrik adalah: 1) Frekuensi cahaya yang datang harus lebih besar atau sama dengan frekuensi ambang (f₀) logam. Jika frekuensi cahaya di bawah frekuensi ambang, elektron tidak akan terlepas, tidak peduli seberapa intens cahaya tersebut. 2) Energi foton (E = hf) harus lebih besar atau sama dengan fungsi kerja (W₀) logam, di mana W₀ = hf₀.
Teori kuantum, khususnya oleh Albert Einstein, berhasil menjelaskan efek fotolistrik dengan mengemukakan bahwa cahaya terdiri dari partikel-partikel energi diskrit yang disebut foton. Ketika sebuah foton menumbuk elektron di permukaan logam, seluruh energi foton diserap oleh elektron. Jika energi foton (hf) cukup besar untuk mengatasi energi ikat elektron pada logam (fungsi kerja, W₀), maka elektron akan terlepas. Sisa energi foton akan menjadi energi kinetik (Ek) elektron yang terlepas. Ini dirumuskan sebagai Ek = hf – W₀.
Penjelasan ini berbeda dengan teori gelombang klasik yang memprediksi bahwa intensitas cahaya (bukan frekuensi) yang menentukan energi kinetik elektron, dan bahwa efek fotolistrik dapat terjadi pada frekuensi berapapun jika intensitasnya cukup tinggi. Namun, eksperimen menunjukkan bahwa efek fotolistrik hanya terjadi jika frekuensi cahaya melebihi frekuensi ambang, mendukung teori kuantum cahaya.
No. 28 (Essay)
Teori relativitas khusus Einstein didasarkan pada dua postulat utama:
1. **Postulat Relativitas:** Hukum-hukum fisika adalah sama untuk semua pengamat yang bergerak dengan kecepatan konstan (kerangka acuan inersia). Ini berarti tidak ada kerangka acuan inersia yang istimewa.
2. **Postulat Kecepatan Cahaya:** Kecepatan cahaya dalam ruang hampa (c) adalah sama untuk semua pengamat inersia, tidak peduli gerakan sumber cahaya atau gerakan pengamat.
Dua konsekuensi penting dari teori relativitas khusus adalah:
1. **Dilatasi Waktu (Time Dilation):** Waktu yang diukur oleh pengamat yang bergerak relatif terhadap suatu peristiwa akan berjalan lebih lambat dibandingkan dengan waktu yang diukur oleh pengamat yang diam relatif terhadap peristiwa tersebut. Artinya, waktu bersifat relatif, tidak absolut.
2. **Kontraksi Panjang (Length Contraction):** Panjang suatu objek yang bergerak relatif terhadap pengamat akan terlihat lebih pendek dalam arah gerakannya dibandingkan dengan panjang objek saat diam. Artinya, panjang juga bersifat relatif.
Konsekuensi lain termasuk massa relativistik (massa benda bertambah saat kecepatannya mendekati c) dan kesetaraan massa-energi (E=mc²).
No. 29 (Essay)
Transformator adalah alat yang digunakan untuk mengubah nilai tegangan bolak-balik (AC) tanpa mengubah frekuensinya, berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Transformator terdiri dari dua kumparan, yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder, yang dililitkan pada inti besi lunak.
**Cara Kerja:**
Ketika arus bolak-balik mengalir melalui kumparan primer, arus ini menciptakan medan magnet bolak-balik pada inti besi. Inti besi yang baik akan mengarahkan sebagian besar fluks magnetik ini ke kumparan sekunder. Karena fluks magnetik yang menembus kumparan sekunder juga berubah-ubah (mengikuti perubahan arus primer), maka sesuai Hukum Faraday, akan timbul GGL induksi pada kumparan sekunder. Besar GGL induksi pada kumparan sekunder (Vs) berbanding lurus dengan jumlah lilitan kumparan sekunder (Ns), dan berbanding terbalik dengan GGL primer (Vp) dan jumlah lilitan primer (Np), yaitu Vs/Vp = Ns/Np. Untuk transformator ideal, perbandingan arus juga berlaku: Is/Ip = Np/Ns.
**Faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi transformator:**
Efisiensi transformator adalah perbandingan daya keluaran (sekunder) terhadap daya masukan (primer). Transformator tidak pernah 100% efisien karena adanya kerugian energi, yang disebabkan oleh:
1. **Kerugian Tembaga (Copper Losses):** Disebabkan oleh hambatan kawat kumparan yang menghasilkan panas (I²R losses). Semakin besar arus, semakin besar kerugian ini.
2. **Kerugian Histeresis:** Disebabkan oleh energi yang terbuang untuk memagnetisasi dan demagnetisasi inti besi secara berulang-ulang karena arus bolak-balik.
3. **Kerugian Arus Eddy (Eddy Current Losses):** Arus pusar yang terinduksi di dalam inti besi itu sendiri, menghasilkan panas. Untuk mengurangi ini, inti transformator dibuat dari lempengan-lempengan besi tipis yang dilaminasi.
4. **Fluks Bocor (Leakage Flux):** Tidak semua fluks magnetik yang dihasilkan oleh kumparan primer terhubung dengan kumparan sekunder; sebagian fluks bocor ke lingkungan.
No. 30 (Essay)
Energi ikat inti adalah energi minimum yang diperlukan untuk memisahkan inti atom menjadi nukleon-nukleon penyusunnya (proton dan neutron) yang terpisah jauh. Energi ini berasal dari cacat massa (mass defect), yaitu selisih antara total massa nukleon penyusun inti dengan massa inti atom yang sebenarnya. Berdasarkan persamaan E=mc² Einstein, cacat massa ini dikonversi menjadi energi ikat.
**Stabilitas Inti Atom:**
Stabilitas inti atom sangat berkaitan erat dengan energi ikat per nukleon (energi ikat dibagi jumlah nukleon). Inti atom yang memiliki energi ikat per nukleon yang lebih besar cenderung lebih stabil. Grafik energi ikat per nukleon menunjukkan puncaknya di sekitar nomor massa A=50-60 (misalnya besi-56, Fe-56), yang mengindikasikan bahwa inti-inti di daerah ini adalah yang paling stabil.
* **Inti Ringan (A < 50):** Inti-inti ringan cenderung memiliki energi ikat per nukleon yang lebih rendah. Mereka bisa menjadi lebih stabil melalui **fusi nuklir**, yaitu penggabungan inti-inti ringan menjadi inti yang lebih berat, melepaskan energi. * **Inti Berat (A > 60):** Inti-inti berat juga memiliki energi ikat per nukleon yang lebih rendah dibandingkan inti menengah. Mereka bisa menjadi lebih stabil melalui **fisi nuklir** (pemisahan inti berat menjadi inti yang lebih ringan) atau **peluruhan radioaktif** (memancarkan partikel alfa, beta, atau gamma), juga melepaskan energi.
**Contoh:**
* **Inti Stabil:** Besi-56 (⁵⁶₂₆Fe) adalah salah satu inti paling stabil karena memiliki energi ikat per nukleon tertinggi. Isotop stabil lainnya termasuk Karbon-12 (¹²₆C) dan Oksigen-16 (¹⁶₈O).
* **Inti Tidak Stabil (Radioaktif):** Uranium-238 (²³⁸₉₂U) dan Karbon-14 (¹⁴₆C) adalah contoh inti tidak stabil. Uranium-238 meluruh melalui emisi partikel alfa, sedangkan Karbon-14 meluruh melalui emisi partikel beta untuk mencapai konfigurasi yang lebih stabil.
No. 31 (Matching)
1. Hukum Lenz: Arah GGL induksi selalu menentang perubahan fluks magnetik yang menyebabkannya. 2. Efek Compton: Perubahan panjang gelombang sinar-X atau sinar gamma saat berinteraksi dengan elektron. 3. Defek Massa: Selisih antara massa nukleon penyusun inti dengan massa inti sebenarnya.
No. 32 (Matching)
1. Medan Magnet: Tesla (T). 2. Fluks Magnetik: Weber (Wb). 3. Kapasitansi: Farad (F). 4. Reaktansi Induktif: Ohm (Ω). 5. Dosis Serap Radiasi: Gray (Gy).
