Selamat datang di kumpulan latihan soal fisika materi Efek Fotolistrik! Efek fotolistrik adalah fenomena penting dalam fisika kuantum di mana elektron-elektron dipancarkan dari permukaan logam ketika cahaya dengan frekuensi tertentu menyinarinya. Konsep ini pertama kali dijelaskan secara komprehensif oleh Albert Einstein, yang mengusulkan bahwa cahaya terdiri dari paket energi diskrit yang disebut foton. Memahami efek fotolistrik sangat krusial untuk menguasai dasar-dasar fisika modern, termasuk konsep energi ambang (fungsi kerja), frekuensi ambang, dan panjang gelombang ambang. Dalam latihan soal ini, Anda akan menemukan berbagai tipe pertanyaan yang dirancang untuk menguji pemahaman Anda tentang prinsip-prinsip efek fotolistrik, perhitungan terkait energi foton, energi kinetik elektron, serta hubungan antara intensitas dan frekuensi cahaya dengan karakteristik elektron yang dipancarkan. Persiapkan diri Anda untuk menghadapi tantangan fisika dengan soal-soal pilihan ganda, isian singkat, uraian, dan menjodohkan yang telah kami siapkan untuk membantu Anda menguasai topik ini sepenuhnya. Tingkatkan pemahaman Anda dan raih nilai terbaik!
Contoh Soal soal fisika materi efek fotolistrik
A. Pilihan Ganda
1. Apa yang dimaksud dengan efek fotolistrik?
- A. Peristiwa pemanasan logam oleh cahaya.
- B. Peristiwa pemancaran elektron dari permukaan logam ketika disinari cahaya.
- C. Peristiwa pembiasan cahaya oleh permukaan logam.
- D. Peristiwa penyerapan cahaya oleh logam.
- E. Peristiwa hamburan cahaya oleh elektron.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Efek fotolistrik adalah fenomena di mana elektron dipancarkan dari permukaan logam saat disinari cahaya dengan frekuensi tertentu.
2. Menurut Einstein, cahaya terdiri dari paket-paket energi diskrit yang disebut…
- A. Proton
- B. Neutron
- C. Elektron
- D. Foton
- E. Positron
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Albert Einstein menjelaskan efek fotolistrik dengan mengemukakan bahwa cahaya terdiri dari kuanta-kuanta energi yang disebut foton.
3. Rumus untuk menghitung energi satu foton adalah…
- A. E = mc²
- B. E = hf
- C. E = mv²
- D. E = VQ
- E. E = IR
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Energi foton (E) dihitung dengan mengalikan konstanta Planck (h) dengan frekuensi cahaya (f).
4. Energi minimum yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari permukaan logam disebut…
- A. Energi kinetik
- B. Potensial henti
- C. Fungsi kerja
- D. Energi ambang
- E. Energi ikat
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Fungsi kerja (W₀) adalah energi ambang minimum yang dibutuhkan elektron untuk lepas dari permukaan logam.
5. Frekuensi minimum cahaya yang dapat menyebabkan terjadinya efek fotolistrik disebut…
- A. Frekuensi resonansi
- B. Frekuensi cutoff
- C. Frekuensi ambang
- D. Frekuensi kritis
- E. Frekuensi alami
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Frekuensi ambang (f₀) adalah frekuensi terendah cahaya yang masih mampu melepaskan elektron dari permukaan logam.
6. Jika frekuensi ambang suatu logam adalah f₀, maka panjang gelombang ambangnya (λ₀) dapat dinyatakan sebagai…
- A. λ₀ = c × f₀
- B. λ₀ = c / f₀
- C. λ₀ = f₀ / c
- D. λ₀ = 1 / (c × f₀)
- E. λ₀ = √(c / f₀)
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Hubungan antara kecepatan cahaya (c), frekuensi (f), dan panjang gelombang (λ) adalah c = λf. Jadi, λ₀ = c / f₀.
7. Persamaan efek fotolistrik Einstein adalah…
- A. E_k = hf + W₀
- B. E_k = hf – W₀
- C. E_k = W₀ – hf
- D. E_k = (hf) / W₀
- E. E_k = W₀ / (hf)
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Energi kinetik maksimum elektron yang dipancarkan (E_k) adalah selisih antara energi foton (hf) dan fungsi kerja (W₀).
8. Jika intensitas cahaya yang menyinari logam diperbesar, apa yang akan terjadi pada jumlah elektron yang dipancarkan?
- A. Jumlah elektron yang dipancarkan berkurang.
- B. Jumlah elektron yang dipancarkan tidak berubah.
- C. Jumlah elektron yang dipancarkan bertambah.
- D. Energi kinetik elektron bertambah.
- E. Fungsi kerja logam bertambah.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Intensitas cahaya berbanding lurus dengan jumlah foton. Semakin banyak foton, semakin banyak elektron yang dapat dilepaskan, asalkan frekuensi cahaya melebihi frekuensi ambang.
9. Jika frekuensi cahaya yang menyinari logam diperbesar (melebihi frekuensi ambang), apa yang akan terjadi pada energi kinetik maksimum elektron yang dipancarkan?
- A. Energi kinetik maksimum berkurang.
- B. Energi kinetik maksimum tidak berubah.
- C. Energi kinetik maksimum bertambah.
- D. Jumlah elektron yang dipancarkan bertambah.
- E. Fungsi kerja logam berkurang.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: E_k = hf – W₀. Jika f bertambah, maka hf bertambah, sehingga E_k juga bertambah.
10. Potensial henti (V₀) adalah potensial yang diperlukan untuk menghentikan elektron yang paling energik. Hubungannya dengan energi kinetik maksimum adalah…
- A. E_k = V₀ / e
- B. E_k = e × V₀
- C. E_k = e + V₀
- D. E_k = e – V₀
- E. E_k = V₀² / e
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Energi kinetik maksimum elektron sama dengan energi potensial listrik yang diperlukan untuk menghentikannya, yaitu E_k = e × V₀, di mana e adalah muatan elektron.
11. Nilai konstanta Planck (h) adalah sekitar…
- A. 6,63 × 10⁻³⁴ J·s
- B. 9,11 × 10⁻³¹ kg
- C. 1,60 × 10⁻¹⁹ C
- D. 3,00 × 10⁸ m/s
- E. 8,85 × 10⁻¹² F/m
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Konstanta Planck (h) adalah konstanta dasar dalam fisika kuantum yang nilainya sekitar 6,63 × 10⁻³⁴ J·s.
12. Foton cahaya dengan frekuensi 5 × 10¹⁴ Hz memiliki energi sebesar… (h = 6,63 × 10⁻³⁴ J·s)
- A. 3,315 × 10⁻¹⁹ J
- B. 3,315 × 10⁻⁴⁸ J
- C. 1,326 × 10⁻¹⁹ J
- D. 5,000 × 10¹⁴ J
- E. 6,630 × 10⁻³⁴ J
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: E = hf = (6,63 × 10⁻³⁴ J·s) × (5 × 10¹⁴ Hz) = 33,15 × 10⁻²⁰ J = 3,315 × 10⁻¹⁹ J.
13. Sebuah logam memiliki frekuensi ambang 4 × 10¹⁴ Hz. Fungsi kerja logam tersebut adalah… (h = 6,63 × 10⁻³⁴ J·s)
- A. 2,652 × 10⁻⁴⁸ J
- B. 2,652 × 10⁻¹⁹ J
- C. 1,6575 × 10⁻¹⁹ J
- D. 4,000 × 10¹⁴ J
- E. 6,630 × 10⁻³⁴ J
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: W₀ = hf₀ = (6,63 × 10⁻³⁴ J·s) × (4 × 10¹⁴ Hz) = 26,52 × 10⁻²⁰ J = 2,652 × 10⁻¹⁹ J.
14. Jika energi foton yang datang adalah 5 eV dan fungsi kerja logam adalah 2 eV, maka energi kinetik maksimum elektron yang dipancarkan adalah…
- A. 7 eV
- B. 3 eV
- C. 2,5 eV
- D. 10 eV
- E. 0,4 eV
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: E_k = hf – W₀ = 5 eV – 2 eV = 3 eV.
15. Cahaya dengan panjang gelombang 600 nm disinari pada permukaan logam. Berapa energi fotonnya? (h = 6,63 × 10⁻³⁴ J·s, c = 3 × 10⁸ m/s, 1 nm = 10⁻⁹ m)
- A. 3,315 × 10⁻¹⁹ J
- B. 3,315 × 10⁻²⁰ J
- C. 3,978 × 10⁻¹⁹ J
- D. 3,978 × 10⁻²⁰ J
- E. 2,21 × 10⁻¹⁹ J
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: E = hc/λ = (6,63 × 10⁻³⁴ J·s × 3 × 10⁸ m/s) / (600 × 10⁻⁹ m) = (19,89 × 10⁻²⁶) / (6 × 10⁻⁷) J = 3,315 × 10⁻¹⁹ J.
16. Pada grafik hubungan antara energi kinetik maksimum (y-axis) dan frekuensi cahaya (x-axis), kemiringan (gradien) grafik tersebut merepresentasikan…
- A. Konstanta Planck
- B. Fungsi kerja
- C. Frekuensi ambang
- D. Muatan elektron
- E. Kecepatan cahaya
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Dari E_k = hf – W₀, jika E_k diplot terhadap f, maka ini adalah persamaan garis lurus y = mx + c, di mana m = h (konstanta Planck) dan c = -W₀.
17. Efek fotolistrik akan terjadi jika…
- A. Intensitas cahaya sangat tinggi.
- B. Frekuensi cahaya lebih kecil dari frekuensi ambang.
- C. Panjang gelombang cahaya lebih besar dari panjang gelombang ambang.
- D. Energi foton lebih besar dari fungsi kerja.
- E. Logam dipanaskan terlebih dahulu.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Syarat utama terjadinya efek fotolistrik adalah energi foton yang datang (hf) harus lebih besar dari atau sama dengan fungsi kerja logam (W₀).
18. Salah satu aplikasi efek fotolistrik adalah pada…
- A. Lampu pijar
- B. Motor listrik
- C. Sel surya (photovoltaic cell)
- D. Kompor listrik
- E. Pemanas air
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Sel surya bekerja berdasarkan prinsip efek fotolistrik, mengubah energi cahaya menjadi energi listrik.
19. Apa perbedaan utama antara efek fotolistrik dan emisi termionik?
- A. Efek fotolistrik melibatkan panas, emisi termionik melibatkan cahaya.
- B. Efek fotolistrik melibatkan cahaya, emisi termionik melibatkan panas.
- C. Keduanya melibatkan cahaya dan panas secara bersamaan.
- D. Efek fotolistrik hanya terjadi pada semikonduktor, emisi termionik pada logam.
- E. Efek fotolistrik memancarkan proton, emisi termionik memancarkan elektron.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Efek fotolistrik adalah pelepasan elektron akibat cahaya, sedangkan emisi termionik adalah pelepasan elektron akibat pemanasan.
20. Apa yang membedakan efek fotolistrik dari efek Compton?
- A. Efek fotolistrik melibatkan penyerapan foton total, efek Compton melibatkan hamburan foton.
- B. Efek fotolistrik melibatkan hamburan foton, efek Compton melibatkan penyerapan foton total.
- C. Efek fotolistrik terjadi pada elektron bebas, efek Compton pada elektron terikat.
- D. Efek fotolistrik hanya terjadi pada cahaya tampak, efek Compton pada sinar-X.
- E. Keduanya adalah nama lain untuk fenomena yang sama.
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Dalam efek fotolistrik, foton diserap seluruhnya oleh elektron, menyebabkan elektron lepas. Dalam efek Compton, foton bertumbukan dengan elektron dan terhambur dengan energi yang lebih rendah.
B. Isian Singkat
1. Satuan internasional untuk konstanta Planck adalah…
Jawaban: Joule sekon (J·s)
2. Jika frekuensi cahaya yang datang lebih rendah dari frekuensi ambang logam, apakah efek fotolistrik akan terjadi?
Jawaban: Tidak
3. Apa yang akan terjadi pada energi kinetik elektron yang dipancarkan jika fungsi kerja logam diperbesar, sementara frekuensi cahaya yang datang tetap?
Jawaban: Berkurang
4. Jika sebuah logam disinari cahaya monokromatik dan efek fotolistrik terjadi, maka jika intensitas cahaya diperbesar dua kali lipat, jumlah elektron yang dipancarkan akan menjadi… kali lipat.
Jawaban: Dua
5. Berapa nilai energi minimum yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari permukaan logam jika frekuensi ambangnya adalah 5 × 10¹⁴ Hz? (h = 6,63 × 10⁻³⁴ J·s)
Jawaban: 3,315 × 10⁻¹⁹ J
C. Menjodohkan
1. Jodohkan istilah berikut dengan definisinya yang tepat.
| Premis | Respon |
|---|---|
| Fungsi Kerja | Energi minimum untuk melepaskan elektron dari permukaan logam |
| Foton | Paket energi diskrit dalam cahaya |
| Frekuensi Ambang | Frekuensi cahaya minimum agar efek fotolistrik terjadi |
| Potensial Henti | Potensial yang diperlukan untuk menghentikan elektron paling energik |
2. Jodohkan besaran fisika berikut dengan satuannya.
| Premis | Respon |
|---|---|
| Konstanta Planck | J·s |
| Energi Foton | Joule (J) atau elektronvolt (eV) |
| Frekuensi | Hertz (Hz) |
| Panjang Gelombang | Meter (m) |
D. Uraian
1. Jelaskan konsep efek fotolistrik menurut teori kuantum cahaya (foton) yang diajukan oleh Einstein, dan bagaimana hal ini berbeda dengan pandangan klasik tentang cahaya sebagai gelombang?
Menurut teori kuantum Einstein, cahaya terdiri dari partikel diskrit yang disebut foton, masing-masing membawa energi E = hf. Ketika foton menumbuk elektron pada permukaan logam, seluruh energi foton diserap oleh elektron. Jika energi foton (hf) lebih besar dari energi minimum yang diperlukan untuk melepaskan elektron (fungsi kerja, W₀), maka elektron akan terlepas dengan energi kinetik E_k = hf – W₀. Pandangan klasik menganggap cahaya sebagai gelombang yang energinya bergantung pada intensitas, bukan frekuensi. Teori klasik memprediksi bahwa efek fotolistrik akan terjadi pada frekuensi berapapun asalkan intensitas cukup tinggi, dan akan ada jeda waktu sebelum elektron dipancarkan. Namun, percobaan menunjukkan efek fotolistrik hanya terjadi jika frekuensi melebihi ambang tertentu (tidak peduli intensitasnya), dan pemancaran elektron terjadi seketika, yang hanya bisa dijelaskan oleh teori foton.
2. Sebutkan dan jelaskan tiga karakteristik penting dari efek fotolistrik yang tidak dapat dijelaskan oleh teori gelombang klasik cahaya.
1. Keberadaan Frekuensi Ambang (Threshold Frequency): Efek fotolistrik hanya terjadi jika frekuensi cahaya yang datang lebih besar atau sama dengan frekuensi ambang (f₀) tertentu untuk setiap logam. Di bawah frekuensi ini, tidak ada elektron yang dipancarkan, berapapun intensitas cahayanya. Teori gelombang klasik tidak dapat menjelaskan ini karena energi gelombang bergantung pada intensitas, bukan frekuensi. 2. Pancaran Elektron Seketika: Elektron dipancarkan hampir seketika (kurang dari 10⁻⁹ detik) setelah cahaya menyinari permukaan, bahkan pada intensitas rendah. Teori gelombang klasik memprediksi bahwa elektron membutuhkan waktu untuk mengumpulkan energi yang cukup dari gelombang cahaya sebelum terlepas. 3. Energi Kinetik Elektron Bergantung pada Frekuensi, Bukan Intensitas: Energi kinetik maksimum elektron yang dipancarkan berbanding lurus dengan frekuensi cahaya yang datang, bukan intensitasnya. Teori gelombang klasik memprediksi bahwa energi kinetik akan meningkat dengan intensitas cahaya.
3. Sebuah eksperimen efek fotolistrik menggunakan dua jenis cahaya, yaitu cahaya A dengan frekuensi f_A dan cahaya B dengan frekuensi f_B, di mana f_A > f_B. Keduanya memiliki intensitas yang sama. Bandingkan jumlah elektron yang dipancarkan dan energi kinetik maksimum elektron yang dihasilkan oleh kedua cahaya tersebut jika f_B < f₀ < f_A (f₀ adalah frekuensi ambang).
Cahaya A (f_A > f₀): Karena frekuensi cahaya A lebih besar dari frekuensi ambang, efek fotolistrik akan terjadi. Elektron akan dipancarkan dengan energi kinetik maksimum E_k_A = hf_A – W₀. Cahaya B (f_B < f₀): Karena frekuensi cahaya B lebih kecil dari frekuensi ambang, efek fotolistrik tidak akan terjadi, sehingga tidak ada elektron yang dipancarkan, berapapun intensitasnya. Perbandingan: Jumlah Elektron: Cahaya A akan memancarkan elektron, sedangkan cahaya B tidak memancarkan elektron sama sekali. Jadi, jumlah elektron dari cahaya A akan lebih besar dari cahaya B. Energi Kinetik Maksimum: Hanya cahaya A yang menghasilkan elektron dengan energi kinetik maksimum E_k_A. Cahaya B tidak menghasilkan elektron, sehingga tidak ada energi kinetik yang dihasilkan.
4. Jelaskan mengapa efek fotolistrik dapat dianggap sebagai bukti kuat sifat partikel cahaya (dualitas gelombang-partikel cahaya).
Efek fotolistrik memberikan bukti kuat untuk sifat partikel cahaya karena fenomena ini tidak dapat dijelaskan dengan memadai menggunakan teori gelombang klasik. Poin-poin seperti keberadaan frekuensi ambang, pemancaran elektron seketika, dan ketergantungan energi kinetik pada frekuensi (bukan intensitas) hanya dapat dijelaskan jika cahaya dianggap sebagai aliran partikel energi diskrit (foton). Setiap foton bertindak sebagai ‘paket’ energi yang terpisah dan berinteraksi satu-per-satu dengan elektron. Energi foton (hf) harus cukup besar untuk mengatasi fungsi kerja logam (W₀) agar elektron dapat lepas. Jika energi foton tidak cukup, tidak peduli seberapa banyak foton (intensitas) yang datang, tidak ada elektron yang akan lepas. Ini sangat kontras dengan model gelombang yang memprediksi bahwa energi dapat diakumulasikan dari gelombang secara berkelanjutan. Oleh karena itu, efek fotolistrik mendukung gagasan bahwa cahaya memiliki sifat partikel (foton) selain sifat gelombangnya.
5. Gambarkan dan jelaskan secara singkat grafik hubungan antara energi kinetik maksimum elektron (E_k) dan frekuensi cahaya yang datang (f) pada efek fotolistrik. Apa makna dari titik potong sumbu-x dan kemiringan grafik tersebut?
Gambar Grafik: Grafik E_k vs f adalah garis lurus yang memiliki kemiringan positif. Grafik ini dimulai dari sumbu-x pada suatu nilai frekuensi positif (frekuensi ambang) dan kemudian naik secara linier seiring peningkatan frekuensi. Penjelasan: Bentuk Grafik: Sesuai dengan persamaan E_k = hf – W₀, grafik ini adalah garis lurus (y = mx + c) di mana E_k adalah sumbu-y dan f adalah sumbu-x. Titik Potong Sumbu-x: Titik potong grafik dengan sumbu-x (ketika E_k = 0) merepresentasikan frekuensi ambang (f₀). Pada titik ini, energi foton tepat sama dengan fungsi kerja (hf₀ = W₀), sehingga elektron terlepas tetapi tanpa energi kinetik. Kemiringan (Gradien) Grafik: Kemiringan grafik adalah konstanta Planck (h). Ini menunjukkan bahwa h adalah konstanta universal yang menghubungkan energi foton dengan frekuensinya, dan ini adalah bukti eksperimental langsung dari nilai h.