Contoh Soal UAS Fisika Kelas 12 Semester 1 & Jawabannya Lengkap

Contoh Soal contoh soal uas fisika kelas 12 semester 1

A. Pilihan Ganda

1. Dua muatan listrik A dan B masing-masing sebesar +2

   C dan -6

   C terpisah sejauh 3 cm. Besar gaya tarik-menarik antara kedua muatan tersebut adalah (k = 9 x 10^9 Nm^2/C^2):

   • 120 N
   • 240 N
   • 360 N
   • 480 N
   • 540 N

   Jawaban: 120 N

2. Sebuah titik P berada di antara dua muatan listrik Q1 = +4

   C dan Q2 = -9

   C. Jika jarak Q1 ke Q2 adalah 10 cm, dan titik P berada 4 cm dari Q1, maka kuat medan listrik di titik P adalah:

   • 0 N/C
   • 9 x 10^6 N/C
   • 18 x 10^6 N/C
   • 27 x 10^6 N/C
   • 36 x 10^6 N/C

   Jawaban: 18 x 10^6 N/C

3. Kapasitor keping sejajar dengan luas keping A dan jarak antar keping d. Jika kapasitor ini diisi bahan dielektrik dengan konstanta dielektrik
   , maka kapasitas kapasitornya menjadi:
   • C = (

     A)/(d)

   • C = (d)/(

     A)

   • C = (

     A)/(2d)

   • C = (2

     A)/(d)

   • C = (

     d)/(A)

   Jawaban: C = (

   A)/(d)

4. Berapakah energi yang tersimpan dalam kapasitor 10
   F yang dihubungkan dengan tegangan 100 V?
   • 0.005 J
   • 0.05 J
   • 0.5 J
   • 5 J
   • 50 J

   Jawaban: 0.05 J

5. Kawat penghantar memiliki hambatan 10
   . Jika kawat tersebut dialiri arus sebesar 2 A, maka beda potensial pada ujung-ujung kawat adalah:
   • 0.2 V
   • 5 V
   • 10 V
   • 20 V
   • 200 V

   Jawaban: 20 V

6. Hukum Kirchoff I menyatakan bahwa jumlah arus yang masuk ke suatu titik cabang sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik cabang tersebut. Hukum ini didasarkan pada kekekalan:
   • Energi
   • Muatan listrik
   • Daya listrik
   • Medan listrik
   • Potensial listrik

   Jawaban: Muatan listrik

7. Tiga buah resistor masing-masing 2
   , 3
   , dan 6
   disusun secara paralel. Hambatan total rangkaian tersebut adalah:
   • 0.5
   • 1
   • 2
   • 11
   • 36

   Jawaban: 1

8. Sebuah kawat lurus panjang dialiri arus listrik 5 A. Besar induksi magnetik pada titik yang berjarak 2 cm dari kawat adalah (
   _0 = 4
   x 10^-7 Wb/Am):
   • 2
     x 10^-5 T
   • 5
     x 10^-5 T
   • 10
     x 10^-5 T
   • 20
     x 10^-5 T
   • 50
     x 10^-5 T

   Jawaban: 5
   x 10^-5 T

9. Arah gaya Lorentz pada kawat berarus yang berada dalam medan magnet dapat ditentukan dengan kaidah:
   • Tangan kanan jempol
   • Tangan kiri jempol
   • Tangan kanan tiga jari
   • Tangan kiri tiga jari
   • Tangan kanan empat jari

   Jawaban: Tangan kanan tiga jari

10. Sebuah toroida dengan 200 lilitan memiliki jari-jari rata-rata 10 cm. Jika dialiri arus 0.5 A, besar induksi magnetik di dalam toroida adalah:
    • 2
      x 10^-4 T
    • 4
      x 10^-4 T
    • 2
      x 10^-3 T
    • 4
      x 10^-3 T
    • 2
      x 10^-2 T

    Jawaban: 2
    x 10^-4 T

11. Fluks magnetik melalui suatu kumparan berubah dari 0.05 Wb menjadi 0.01 Wb dalam waktu 0.2 detik. Jika kumparan memiliki 50 lilitan, GGL induksi rata-rata yang timbul adalah:
    • 5 V
    • 10 V
    • 15 V
    • 20 V
    • 25 V

    Jawaban: 10 V

12. Hukum Lenz menyatakan bahwa arus induksi akan muncul dalam arah yang sedemikian rupa sehingga…
    • Mendukung perubahan fluks magnetik
    • Menentang perubahan fluks magnetik
    • Tidak terpengaruh oleh perubahan fluks magnetik
    • Menciptakan fluks magnetik yang konstan
    • Memperbesar medan magnetik yang ada

    Jawaban: Menentang perubahan fluks magnetik

13. Transformator step-up memiliki ciri-ciri:
    • Jumlah lilitan primer lebih banyak dari sekunder
    • Tegangan primer lebih besar dari sekunder
    • Arus primer lebih kecil dari sekunder
    • Daya primer lebih besar dari sekunder
    • Hanya digunakan untuk menaikkan arus

    Jawaban: Tegangan primer lebih kecil dari sekunder

14. Sebuah generator AC menghasilkan tegangan maksimum 100 V. Jika frekuensi sudutnya 100 rad/s, maka persamaan tegangan generator adalah:
    • V = 100 sin (100t) V
    • V = 100 cos (100t) V
    • V = 50 sin (100t) V
    • V = 100 sin (50t) V
    • V = 100 sin (100
      t) V

    Jawaban: V = 100 sin (100t) V

15. Pada rangkaian RLC seri, jika reaktansi induktif (XL) lebih besar dari reaktansi kapasitif (XC), maka rangkaian bersifat:
    • Resistif
    • Kapasitif
    • Induktif
    • Resonansi
    • Murni resistif

    Jawaban: Induktif

16. Faktor daya (cos
    ) pada rangkaian RLC seri dapat dihitung dengan rumus:
    • R/Z
    • XL/Z
    • XC/Z
    • Z/R
    • (XL – XC)/R

    Jawaban: R/Z

17. Sebuah lampu pijar bertuliskan 220 V, 100 W. Jika lampu tersebut dihubungkan ke sumber tegangan 110 V, daya yang terpakai oleh lampu adalah:
    • 25 W
    • 50 W
    • 75 W
    • 100 W
    • 200 W

    Jawaban: 25 W

18. Dalam sebuah rangkaian RLC seri, jika XL = XC, maka terjadi kondisi:
    • Arus maksimum
    • Tegangan maksimum
    • Daya minimum
    • Impedansi maksimum
    • Faktor daya nol

    Jawaban: Arus maksimum

19. Besaran yang sama pada lilitan primer dan sekunder transformator ideal adalah:
    • Tegangan
    • Arus
    • Daya
    • Jumlah lilitan
    • Hambatan

    Jawaban: Daya

20. Muatan listrik dalam sebuah konduktor bergerak dengan laju v dan berada dalam medan magnet homogen B. Agar muatan tersebut tidak mengalami gaya Lorentz, maka arah geraknya harus:
    • Searah dengan arah medan magnet
    • Berlawanan arah dengan medan magnet
    • Tegak lurus terhadap medan magnet
    • Membuat sudut 45 derajat terhadap medan magnet
    • Arah gerak tidak mempengaruhi gaya Lorentz

    Jawaban: Searah atau berlawanan arah dengan medan magnet

B. Isian Singkat

1. Apa bunyi Hukum Coulomb?

   Jawaban: Gaya tarik-menarik atau tolak-menolak antara dua muatan listrik sebanding dengan perkalian besar muatan-muatan tersebut dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua muatan.

2. Sebutkan dua faktor yang memengaruhi besar kapasitansi sebuah kapasitor keping sejajar!

   Jawaban: Luas penampang keping, jarak antar keping, dan konstanta dielektrik bahan pengisi.

3. Apa yang dimaksud dengan GGL induksi?

   Jawaban: GGL induksi adalah beda potensial yang timbul pada ujung-ujung kumparan akibat perubahan fluks magnetik yang dilingkupinya.

4. Sebutkan salah satu contoh aplikasi induksi elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari!

   Jawaban: Generator listrik, transformator, atau kompor induksi.

5. Bagaimana cara memperbesar induktansi diri sebuah induktor?

   Jawaban: Menambah jumlah lilitan kumparan, memperbesar luas penampang kumparan, atau menggunakan inti feromagnetik.

C. Uraian

1. Jelaskan konsep dasar listrik statis, termasuk hukum Coulomb dan medan listrik. Berikan contoh penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.

   Pembahasan: Listrik statis adalah gejala kelistrikan yang muatan-muatannya tidak bergerak atau statis. Konsep utamanya meliputi:
   1. **Hukum Coulomb**: Menjelaskan gaya interaksi antara dua muatan listrik. F = k |q1q2|/r^2. Gaya ini bisa tarik-menarik (muatan berbeda jenis) atau tolak-menolak (muatan sejenis).
   2. **Medan Listrik**: Ruang di sekitar muatan listrik yang masih dipengaruhi oleh gaya listrik. Kuat medan listrik (E) adalah gaya per satuan muatan uji, E = F/q0 = kQ/r^2. Arah medan listrik menjauhi muatan positif dan mendekati muatan negatif.

   **Penerapan**: Penangkal petir (ujung runcing menarik muatan petir), mesin fotokopi (menggunakan sifat muatan listrik untuk menempelkan toner), pengecatan mobil (partikel cat diberi muatan berlawanan dengan objek agar menempel merata).

2. Analisis rangkaian RLC seri pada kondisi resonansi. Jelaskan karakteristik rangkaian saat resonansi dan apa pentingnya kondisi ini.

   Pembahasan: Rangkaian RLC seri mengalami resonansi ketika reaktansi induktif (XL) sama dengan reaktansi kapasitif (XC), yaitu XL = XC. Kondisi ini terjadi pada frekuensi tertentu yang disebut frekuensi resonansi (f_res = 1 / (2

   LC)).

   **Karakteristik saat resonansi**:
   1. **Impedansi (Z) minimum**: Karena Z =
   [R^2 + (XL – XC)^2], dan XL = XC, maka Z = R (impedansi sama dengan hambatan murni).
   2. **Arus (I) maksimum**: Karena I = V/Z, dan Z minimum, maka arus dalam rangkaian menjadi maksimum.
   3. **Faktor daya (cos
   ) = 1**: Karena Z = R, maka cos
   = R/Z = R/R = 1. Ini berarti tegangan dan arus sefasa.
   4. **Daya disipasi maksimum**: Karena P = V I cos
   dan cos
   = 1 serta arus maksimum, daya yang disipasi pada resistor juga maksimum.

   **Pentingnya kondisi resonansi**: Digunakan secara luas dalam sistem komunikasi, seperti pada radio dan televisi, untuk memilih atau menyetel frekuensi tertentu (misalnya, menangkap siaran radio pada frekuensi tertentu) karena pada frekuensi resonansi, rangkaian sangat sensitif terhadap sinyal tersebut dan menolak frekuensi lain.

3. Terangkan prinsip kerja GGL induksi pada generator AC. Faktor apa saja yang memengaruhi besar GGL induksi yang dihasilkan?

   Pembahasan: Prinsip kerja generator AC didasarkan pada hukum Faraday tentang induksi elektromagnetik, yaitu perubahan fluks magnetik akan menimbulkan GGL induksi. Pada generator AC, sebuah kumparan diputar dalam medan magnet homogen. Saat kumparan berputar, jumlah garis gaya magnet yang menembus kumparan (fluks magnetik) berubah-ubah secara periodik. Perubahan fluks magnetik inilah yang menyebabkan timbulnya GGL induksi bolak-balik (AC) pada ujung-ujung kumparan.

   **Faktor-faktor yang memengaruhi besar GGL induksi**:
   1. **Kecepatan putar kumparan (
   )**: Semakin cepat kumparan berputar, semakin cepat perubahan fluks magnetik, sehingga GGL induksi semakin besar.
   2. **Jumlah lilitan kumparan (N)**: Semakin banyak lilitan, semakin besar GGL induksi yang dihasilkan.
   3. **Luas penampang kumparan (A)**: Semakin luas penampang kumparan, semakin banyak garis gaya magnet yang dapat dipotong, sehingga GGL induksi semakin besar.
   4. **Kuat medan magnet (B)**: Semakin kuat medan magnet, semakin besar fluks magnetik yang berubah, sehingga GGL induksi semakin besar.

4. Bagaimana prinsip kerja transformator dan apa saja faktor yang memengaruhi efisiensinya?

   Pembahasan: Transformator (trafo) adalah alat yang digunakan untuk mengubah nilai tegangan AC tanpa mengubah frekuensinya, berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Trafo memiliki dua kumparan: kumparan primer (input) dan kumparan sekunder (output), yang dililitkan pada inti besi lunak.

   **Prinsip Kerja**: Saat kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan AC, arus bolak-balik mengalir melalui kumparan primer, menciptakan medan magnet bolak-balik pada inti besi. Medan magnet bolak-balik ini menyebabkan perubahan fluks magnetik pada kumparan sekunder, sehingga menginduksi GGL pada kumparan sekunder. Besar tegangan output tergantung pada perbandingan jumlah lilitan primer (Np) dan sekunder (Ns): Vp/Vs = Np/Ns. Untuk trafo ideal, daya primer sama dengan daya sekunder (Pp = Ps).

   **Faktor yang memengaruhi efisiensi transformator**:
   1. **Kehilangan daya karena hambatan kawat (panas)**: Kawat kumparan memiliki hambatan sehingga sebagian energi hilang menjadi panas (efek Joule).
   2. **Kehilangan daya karena arus eddy (arus pusar)**: Arus eddy terbentuk pada inti besi akibat perubahan fluks magnetik, menghasilkan panas. Ini dapat diminimalisir dengan menggunakan inti berlapis-lapis.
   3. **Kehilangan daya karena histeresis**: Energi hilang karena magnetisasi dan demagnetisasi inti besi secara terus-menerus.
   4. **Fluks bocor**: Tidak semua fluks magnetik yang dihasilkan kumparan primer menembus kumparan sekunder.

5. Jelaskan perbedaan antara rangkaian arus searah (DC) dan arus bolak-balik (AC) beserta contoh aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari.

   Pembahasan: Perbedaan utama antara arus searah (DC) dan arus bolak-balik (AC) terletak pada arah aliran elektron dan besar tegangannya:

   **Arus Searah (DC – Direct Current)**:
   * **Arah Arus**: Elektron mengalir hanya dalam satu arah dari kutub negatif ke positif.
   * **Besar Tegangan**: Tegangan dan arus cenderung konstan seiring waktu (tidak berubah arah).
   * **Contoh Aplikasi**: Baterai (HP, remote TV, kendaraan), adaptor perangkat elektronik (laptop, charger HP), sel surya. Digunakan untuk perangkat elektronik kecil, penyimpanan energi, dan aplikasi yang membutuhkan arus stabil.

   **Arus Bolak-balik (AC – Alternating Current)**:
   * **Arah Arus**: Elektron mengalir maju mundur, arahnya berubah-ubah secara periodik.
   * **Besar Tegangan**: Tegangan dan arus berubah secara sinusoidal seiring waktu, memiliki nilai puncak, RMS, dan frekuensi.
   * **Contoh Aplikasi**: Jaringan listrik PLN (listrik rumah tangga), generator pembangkit listrik, transformator. Digunakan untuk transmisi daya jarak jauh (lebih efisien karena mudah diubah tegangannya dengan transformator), motor listrik besar, dan penerangan rumah.

   **Perbedaan Kunci**: DC tidak bisa diubah tegangannya dengan transformator, sulit dikirim jarak jauh karena rugi daya besar. AC mudah diubah tegangannya, sehingga efisien untuk transmisi jarak jauh dan dapat disalurkan ke rumah-rumah dengan tegangan yang sesuai.

D. Mencocokkan

1. Pasangkan konsep fisika berikut dengan rumus yang sesuai!
   

   Premis A	Pasangan B
   Hukum Coulomb	F = k q1 q2 / r^2
   Medan Listrik	E = F / q
   Energi Potensial Listrik	EP = k q1 q2 / r
   Kapasitansi Kapasitor Keping Sejajar	C = A / d
   Hukum Ohm	V = I R

2. Pasangkan besaran fisika berikut dengan satuan SI yang tepat!
   

   Premis A	Pasangan B
   Muatan listrik	Coulomb (C)
   Kuat arus listrik	Ampere (A)
   Beda potensial listrik	Volt (V)
   Hambatan listrik	Ohm ( )
   Fluks magnetik	Weber (Wb)