Mempersiapkan diri untuk Ujian Akhir Semester (UAS) Fisika Kelas 12 SMA Semester 1 adalah langkah krusial dalam perjalanan akademik siswa. Artikel ini dirancang khusus untuk menjadi sumber belajar yang tak ternilai, menyediakan koleksi contoh soal Fisika yang komprehensif dan relevan dengan kurikulum semester pertama. Dengan berlatih melalui soal-soal pilihan ganda, isian singkat, esai, hingga menjodohkan, siswa akan memiliki kesempatan emas untuk menguji kedalaman pemahaman mereka terhadap materi seperti listrik statis, listrik dinamis, medan magnet, induksi elektromagnetik, dan rangkaian arus bolak-balik. Latihan rutin dengan soal-soal berkualitas tinggi tidak hanya membantu mengidentifikasi kelemahan, tetapi juga mengasah keterampilan analitis dan pemecahan masalah. Ini adalah kunci untuk membangun kepercayaan diri yang kuat dan memastikan kesiapan optimal menghadapi UAS, sehingga dapat meraih hasil akademik yang memuaskan dan menguasai konsep-konsep Fisika penting. Jangan lewatkan kesempatan untuk memaksimalkan persiapan Anda!
Latihan Soal Contoh Soal UAS Fisika Kelas 12 SMA Semester 1
1. Dua muatan titik 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. 180 N
- B. 90 N
- C. 72 N
- D. 36 N
2. Sebuah titik P berada 3 cm dari muatan titik +6 μC. Kuat medan listrik di titik P adalah (k = 9 × 10^9 Nm²/C²):
- A. 1.8 × 10^7 N/C
- B. 3.6 × 10^7 N/C
- C. 6 × 10^7 N/C
- D. 9 × 10^7 N/C
3. Potensial listrik pada suatu titik yang berjarak 5 cm dari muatan titik -5 μC adalah (k = 9 × 10^9 Nm²/C²):
- A. 9 × 10^5 V
- B. -9 × 10^5 V
- C. 4.5 × 10^5 V
- D. -4.5 × 10^5 V
4. Tiga buah kapasitor masing-masing 2 μF, 3 μF, dan 6 μF dihubungkan secara seri. Kapasitansi totalnya adalah:
- A. 1 μF
- B. 11 μF
- C. 6 μF
- D. 1.5 μF
5. Sebuah kapasitor 10 μF dihubungkan ke sumber tegangan 12 V. Energi yang tersimpan dalam kapasitor tersebut adalah:
- A. 1.44 × 10^-3 J
- B. 7.2 × 10^-4 J
- C. 1.2 × 10^-4 J
- D. 6 × 10^-5 J
6. Arus listrik sebesar 0.5 A mengalir melalui kawat penghantar selama 2 menit. Jumlah muatan yang mengalir adalah:
- A. 1 C
- B. 10 C
- C. 60 C
- D. 120 C
7. Sebuah lampu pijar memiliki hambatan 240 Ω dan dihubungkan ke sumber tegangan 120 V. Arus yang mengalir melalui lampu adalah:
- A. 0.5 A
- B. 2 A
- C. 1 A
- D. 0.25 A
8. Empat buah resistor masing-masing 10 Ω, 20 Ω, 30 Ω, dan 40 Ω dihubungkan secara paralel. Hambatan total rangkaian adalah:
- A. 100 Ω
- B. Kurang dari 10 Ω
- C. Lebih dari 40 Ω
- D. 25 Ω
9. Berapa daya yang dikonsumsi oleh sebuah perangkat elektronik dengan hambatan 50 Ω jika dialiri arus 2 A?
- A. 50 W
- B. 100 W
- C. 200 W
- D. 250 W
10. Sebuah kawat lurus panjang dialiri arus 5 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. 4 × 10^-5 T
- D. 5 × 10^-5 T
11. Sebuah solenoida panjang 20 cm memiliki 400 lilitan dan dialiri arus 2 A. Induksi magnetik di pusat solenoida adalah (μ₀ = 4π × 10^-7 Tm/A):
- A. 8π × 10^-4 T
- B. 4π × 10^-3 T
- C. 1.6π × 10^-3 T
- D. 3.2π × 10^-3 T
12. Sebuah kawat panjang 10 cm bergerak dengan kecepatan 5 m/s memotong tegak lurus medan magnet homogen 0.4 T. Jika hambatan kawat 0.1 Ω, GGL induksi yang timbul adalah:
- A. 0.1 V
- B. 0.2 V
- C. 0.5 V
- D. 1 V
13. Sebuah transformator step-down memiliki perbandingan lilitan primer dan sekunder 10:1. Jika tegangan primer 220 V dan arus primer 0.5 A, berapakah tegangan sekunder idealnya?
- A. 22 V
- B. 2200 V
- C. 11 V
- D. 44 V
14. Reaktansi induktif (XL) sebuah induktor 0.5 H pada frekuensi sudut 100 rad/s adalah:
- A. 0.5 Ω
- B. 5 Ω
- C. 50 Ω
- D. 100 Ω
15. Reaktansi kapasitif (XC) sebuah kapasitor 200 μF pada frekuensi sudut 50 rad/s adalah:
- A. 50 Ω
- B. 100 Ω
- C. 200 Ω
- D. 1000 Ω
16. Pada rangkaian RLC seri, jika XL = XC, maka rangkaian dikatakan berada dalam kondisi:
- A. Induktif
- B. Kapasitif
- C. Resistif
- D. Resonansi
17. Besaran yang memiliki satuan Coulomb adalah:
- A. Arus listrik
- B. Muatan listrik
- C. Potensial listrik
- D. Kapasitansi
18. Arah gaya Lorentz pada kawat berarus dalam medan magnet dapat ditentukan menggunakan kaidah tangan kanan, di mana:
- A. Ibu jari menunjukkan arah arus, jari telunjuk arah medan magnet, dan jari tengah arah gaya Lorentz.
- B. Ibu jari menunjukkan arah medan magnet, jari telunjuk arah arus, dan jari tengah arah gaya Lorentz.
- C. Ibu jari menunjukkan arah gaya Lorentz, jari telunjuk arah arus, dan jari tengah arah medan magnet.
- D. Ibu jari menunjukkan arah arus, jari telunjuk arah gaya Lorentz, dan jari tengah arah medan magnet.
19. Hukum Kirchhoff I menyatakan bahwa:
- A. Jumlah arus yang masuk ke titik percabangan sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik percabangan tersebut.
- B. Jumlah tegangan dalam suatu lintasan tertutup adalah nol.
- C. Gaya antara dua muatan berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya.
- D. GGL induksi sebanding dengan laju perubahan fluks magnetik.
20. Fungsi kapasitor dalam rangkaian listrik AC adalah:
- A. Mengubah energi listrik menjadi energi panas.
- B. Sebagai filter atau penyaring frekuensi.
- C. Menghasilkan medan magnet.
- D. Menurunkan tegangan listrik.
21. Jelaskan perbedaan mendasar antara konduktor dan isolator dalam konteks perpindahan muatan listrik.
22. Bagaimana cara kerja kapasitor dalam menyimpan energi listrik?
23. Sebutkan dan jelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi besar medan magnet di sekitar kawat lurus panjang berarus listrik.
24. Jelaskan prinsip dasar kerja generator listrik sederhana.
25. Apa yang dimaksud dengan resonansi pada rangkaian RLC seri?
26. Derivasikan rumus energi potensial listrik untuk dua muatan titik (q1 dan q2) yang terpisah sejauh r. Jelaskan setiap langkahnya.
27. Analisis sebuah rangkaian listrik yang mengandung dua resistor (R1 = 10 Ω, R2 = 20 Ω) dan dua sumber tegangan (E1 = 12 V, E2 = 6 V) menggunakan Hukum Kirchhoff. Gambarkan rangkaiannya dan tunjukkan langkah-langkah untuk mencari arus pada setiap cabang jika rangkaian tersebut adalah dua loop sederhana.
28. Jelaskan konsep gaya Lorentz dan berikan dua contoh penerapannya dalam kehidupan sehari-hari atau teknologi.
29. Terangkan secara detail fenomena induksi elektromagnetik berdasarkan Hukum Faraday dan Hukum Lenz. Sertakan contoh kasus.
30. Bagaimana frekuensi sudut (ω) mempengaruhi reaktansi induktif (XL) dan reaktansi kapasitif (XC) pada rangkaian arus bolak-balik? Jelaskan implikasinya pada impedansi total.
31. Jodohkan konsep atau hukum Fisika berikut dengan rumus yang sesuai:
Cocokkan data berikut:
- Hukum Ohm — V=IR
- Gaya Lorentz — F=BILsinθ
- Hukum Faraday — ε=-N(dΦ/dt)
- Energi Potensial Listrik — Ep=kQ1Q2/r
32. Jodohkan besaran fisika berikut dengan satuan SI yang benar:
Cocokkan data berikut:
- Kuat Arus — Ampere
- Tegangan Listrik — Volt
- Kapasitansi — Farad
- Medan Magnet — Tesla
- Induktansi — Henry
Kunci Jawaban dan Pembahasan
No. 1 (Multiple Choice)
A. 180 N
No. 2 (Multiple Choice)
C. 6 × 10^7 N/C
No. 3 (Multiple Choice)
B. -9 × 10^5 V
No. 4 (Multiple Choice)
A. 1 μF
No. 5 (Multiple Choice)
B. 7.2 × 10^-4 J
No. 6 (Multiple Choice)
C. 60 C
No. 7 (Multiple Choice)
A. 0.5 A
No. 8 (Multiple Choice)
B. Kurang dari 10 Ω
No. 9 (Multiple Choice)
C. 200 W
No. 10 (Multiple Choice)
D. 5 × 10^-5 T
No. 11 (Multiple Choice)
C. 1.6π × 10^-3 T
No. 12 (Multiple Choice)
B. 0.2 V
No. 13 (Multiple Choice)
A. 22 V
No. 14 (Multiple Choice)
C. 50 Ω
No. 15 (Multiple Choice)
B. 100 Ω
No. 16 (Multiple Choice)
D. Resonansi
No. 17 (Multiple Choice)
B. Muatan listrik
No. 18 (Multiple Choice)
A. Ibu jari menunjukkan arah arus, jari telunjuk arah medan magnet, dan jari tengah arah gaya Lorentz.
No. 19 (Multiple Choice)
A. Jumlah arus yang masuk ke titik percabangan sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik percabangan tersebut.
No. 20 (Multiple Choice)
B. Sebagai filter atau penyaring frekuensi.
No. 21 (Short Answer)
Konduktor adalah material yang memiliki banyak elektron bebas yang dapat bergerak dengan mudah, sehingga memungkinkan arus listrik mengalir melaluinya. Contohnya logam. Isolator adalah material yang memiliki sangat sedikit elektron bebas, sehingga elektron terikat kuat pada atomnya dan sulit untuk berpindah, menyebabkan arus listrik sulit mengalir. Contohnya karet atau kaca.
No. 22 (Short Answer)
Kapasitor menyimpan energi listrik dalam bentuk medan listrik yang terbentuk di antara dua keping konduktornya yang dipisahkan oleh bahan dielektrik. Ketika kapasitor dihubungkan ke sumber tegangan, muatan positif akan terkumpul di satu keping dan muatan negatif di keping lainnya, menciptakan beda potensial dan medan listrik yang menyimpan energi.
No. 23 (Short Answer)
Besar medan magnet (B) di sekitar kawat lurus panjang berarus listrik dipengaruhi oleh dua faktor utama: 1) Besar arus listrik (I): Semakin besar arus yang mengalir, semakin besar medan magnet yang dihasilkan. 2) Jarak dari kawat (a): Semakin jauh dari kawat, semakin lemah medan magnetnya, karena berbanding terbalik dengan jarak.
No. 24 (Short Answer)
Generator listrik bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik, yaitu perubahan fluks magnetik yang menembus kumparan akan menghasilkan GGL induksi. Pada generator, kumparan diputar di dalam medan magnet (atau magnet diputar di sekitar kumparan), menyebabkan fluks magnetik yang menembus kumparan berubah secara terus-menerus, sehingga menghasilkan arus listrik bolak-balik.
No. 25 (Short Answer)
Resonansi pada rangkaian RLC seri terjadi ketika reaktansi induktif (XL) sama dengan reaktansi kapasitif (XC). Pada kondisi ini, impedansi total rangkaian menjadi minimum (sama dengan hambatan R saja), dan arus dalam rangkaian mencapai nilai maksimumnya. Frekuensi di mana ini terjadi disebut frekuensi resonansi.
No. 26 (Essay)
Untuk menderivasikan rumus energi potensial listrik (Ep) antara dua muatan titik q1 dan q2 yang terpisah sejauh r, kita dapat memulai dari definisi usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan. Misalkan muatan q1 sudah ada di suatu posisi dan kita ingin membawa muatan q2 dari tak hingga ke jarak r dari q1. Gaya Coulomb (F) antara dua muatan adalah F = k|q1q2|/x², di mana x adalah jarak antara kedua muatan. Usaha (W) yang dilakukan untuk memindahkan muatan q2 dari tak hingga ke r adalah integral dari gaya terhadap jarak: W = ∫∞^r F dx = ∫∞^r (k q1q2)/x² dx. Mengintegrasikan fungsi ini menghasilkan W = [-k q1q2/x] dari ∞ ke r. Substitusikan batas integral: W = (-k q1q2/r) – (-k q1q2/∞) = -k q1q2/r – 0 = -k q1q2/r. Energi potensial listrik didefinisikan sebagai negatif dari usaha yang dilakukan oleh medan listrik, atau usaha yang dilakukan oleh gaya eksternal. Jadi, Ep = -W_medan = W_eksternal. Jika kita menggunakan usaha yang dilakukan oleh gaya eksternal untuk membawa muatan, maka Ep = k q1q2/r. Jika muatan sejenis (q1 dan q2 positif atau negatif), Ep positif (tolak-menolak). Jika muatan berlainan jenis, Ep negatif (tarik-menarik). Ini adalah energi yang tersimpan dalam konfigurasi dua muatan tersebut.
No. 27 (Essay)
Misalkan kita memiliki rangkaian dengan dua loop: Loop 1 (kiri) memiliki E1 dan R1, Loop 2 (kanan) memiliki E2 dan R2, dan ada cabang tengah yang menghubungkan keduanya. Untuk analisis, kita asumsikan arah arus (I1, I2, I3) pada setiap cabang. Misal I1 melalui E1 dan R1, I2 melalui E2 dan R2, dan I3 melalui cabang tengah. Kita bisa menggunakan Hukum Kirchhoff I (Hukum Arus) pada titik percabangan: ΣI_masuk = ΣI_keluar. Misalnya, di titik percabangan, I1 + I2 = I3 (jika I1 dan I2 masuk, I3 keluar). Selanjutnya, gunakan Hukum Kirchhoff II (Hukum Tegangan) untuk setiap loop tertutup: ΣE + ΣIR = 0. Untuk Loop 1 (misal searah jarum jam): E1 – I1R1 – I3R_tengah = 0. Untuk Loop 2 (misal searah jarum jam): E2 – I2R2 – I3R_tengah = 0. Dengan tiga persamaan dan tiga variabel (I1, I2, I3), kita dapat menyelesaikan sistem persamaan linier ini untuk menemukan nilai arus pada setiap cabang. (Catatan: Untuk jawaban lengkap, siswa perlu menggambar rangkaian dan memberikan contoh nilai R_tengah serta menyelesaikan persamaannya secara numerik).
No. 28 (Essay)
Gaya Lorentz adalah gaya yang dialami oleh partikel bermuatan listrik yang bergerak dalam medan magnet, atau kawat penghantar berarus listrik yang berada dalam medan magnet. Arah gaya Lorentz tegak lurus terhadap arah medan magnet dan arah kecepatan partikel (atau arah arus listrik). Besar gaya Lorentz dihitung dengan rumus F = qvBsinθ untuk partikel bermuatan atau F = BILsinθ untuk kawat berarus, di mana θ adalah sudut antara kecepatan/arus dan medan magnet. Jika partikel/kawat bergerak tegak lurus terhadap medan magnet (sinθ = 1), gaya akan maksimum.
Contoh penerapan gaya Lorentz:
1. **Motor Listrik**: Motor listrik bekerja berdasarkan prinsip gaya Lorentz. Arus listrik mengalir melalui kumparan yang berada dalam medan magnet. Gaya Lorentz yang bekerja pada kumparan menyebabkan kumparan berputar, mengubah energi listrik menjadi energi gerak.
2. **Galvanometer/Amperemeter**: Alat ukur listrik ini menggunakan gaya Lorentz untuk mendeteksi atau mengukur arus listrik. Kumparan kecil yang dialiri arus ditempatkan dalam medan magnet. Gaya Lorentz menyebabkan kumparan berputar dan memutar jarum penunjuk, yang skalanya dikalibrasi untuk menunjukkan besar arus.
No. 29 (Essay)
Induksi elektromagnetik adalah fenomena di mana gaya gerak listrik (GGL) dan arus listrik diinduksikan dalam suatu konduktor akibat perubahan fluks magnetik yang melingkupinya. Fenomena ini dijelaskan oleh dua hukum utama:
1. **Hukum Faraday tentang Induksi Elektromagnetik**: Hukum ini menyatakan bahwa besar GGL induksi yang timbul pada suatu rangkaian adalah sebanding dengan laju perubahan fluks magnetik yang dilingkupi oleh rangkaian tersebut. Secara matematis, ε = -N (dΦ/dt), di mana ε adalah GGL induksi, N adalah jumlah lilitan kumparan, dan dΦ/dt adalah laju perubahan fluks magnetik terhadap waktu. Tanda negatif menunjukkan arah GGL induksi, sesuai dengan Hukum Lenz.
2. **Hukum Lenz**: Hukum ini menyatakan bahwa arah arus induksi yang timbul sedemikian rupa sehingga menghasilkan medan magnet yang melawan perubahan fluks magnetik yang menyebabkannya. Artinya, jika fluks magnetik bertambah, arus induksi akan menghasilkan medan magnet yang berlawanan arah dengan medan magnet awal untuk mengurangi pertambahan tersebut. Sebaliknya, jika fluks magnetik berkurang, arus induksi akan menghasilkan medan magnet yang searah dengan medan magnet awal untuk menahan pengurangan tersebut.
**Contoh Kasus**: Ketika sebuah magnet batang digerakkan masuk ke dalam kumparan kawat, fluks magnetik yang menembus kumparan akan bertambah. Menurut Hukum Faraday, ini akan menginduksikan GGL dan arus di kumparan. Menurut Hukum Lenz, arah arus induksi akan menghasilkan medan magnet yang menolak magnet batang yang masuk. Jika kutub utara magnet masuk, kumparan akan menjadi kutub utara di sisi yang berhadapan dengan magnet untuk menolaknya. Jika magnet batang ditarik keluar, fluks magnetik berkurang, dan arus induksi akan menghasilkan medan magnet yang menarik magnet batang tersebut.
No. 30 (Essay)
Pada rangkaian arus bolak-balik (AC), frekuensi sudut (ω) memiliki pengaruh signifikan terhadap reaktansi induktif (XL) dan reaktansi kapasitif (XC).
1. **Reaktansi Induktif (XL)**: XL = ωL, di mana L adalah induktansi induktor. Ini menunjukkan bahwa reaktansi induktif berbanding lurus dengan frekuensi sudut. Semakin tinggi frekuensi sudut, semakin besar nilai XL. Ini berarti induktor semakin menghambat aliran arus AC pada frekuensi tinggi.
2. **Reaktansi Kapasitif (XC)**: XC = 1/(ωC), di mana C adalah kapasitansi kapasitor. Ini menunjukkan bahwa reaktansi kapasitif berbanding terbalik dengan frekuensi sudut. Semakin tinggi frekuensi sudut, semakin kecil nilai XC. Ini berarti kapasitor semakin mudah dilewati arus AC pada frekuensi tinggi.
**Implikasi pada Impedansi Total (Z)**: Impedansi total pada rangkaian RLC seri adalah Z = √(R² + (XL – XC)²). Perubahan XL dan XC dengan frekuensi sudut akan sangat mempengaruhi nilai impedansi total:
* Pada frekuensi rendah, XC akan sangat besar dan XL akan kecil, sehingga rangkaian cenderung bersifat kapasitif dan impedansi didominasi oleh XC.
* Pada frekuensi tinggi, XL akan sangat besar dan XC akan kecil, sehingga rangkaian cenderung bersifat induktif dan impedansi didominasi oleh XL.
* Pada frekuensi resonansi (ω₀), di mana XL = XC, impedansi total menjadi minimum (Z = R) karena (XL – XC) = 0. Pada titik ini, arus dalam rangkaian akan maksimum.
No. 31 (Matching)
Hukum Ohm: V=IR, Gaya Lorentz: F=BILsinθ, Hukum Faraday: ε=-N(dΦ/dt), Energi Potensial Listrik: Ep=kQ1Q2/r
No. 32 (Matching)
Kuat Arus: Ampere, Tegangan Listrik: Volt, Kapasitansi: Farad, Medan Magnet: Tesla, Induktansi: Henry