Pelajari dan kuasai materi fisika inti dengan kumpulan latihan soal komprehensif ini! Dari struktur inti atom, massa defek, energi ikat, hingga fenomena radioaktivitas seperti peluruhan alfa, beta, dan gamma, serta konsep waktu paruh, kami menyediakan beragam soal untuk menguji pemahaman Anda. Anda juga akan menemukan soal-soal mengenai reaksi nuklir, baik fisi maupun fusi, yang menjadi dasar teknologi reaktor nuklir dan sumber energi bintang. Kumpulan soal ini mencakup jenis pilihan ganda, isian singkat, uraian, dan menjodohkan, dirancang khusus untuk membantu siswa SMA dan mahasiswa dalam mempersiapkan ujian atau memperdalam pengetahuan fisika inti. Tingkatkan kemampuan Anda dalam menghitung massa defek, energi ikat, dan jumlah zat radioaktif yang tersisa setelah waktu paruh tertentu. Setiap soal dilengkapi dengan kunci jawaban dan penjelasan untuk mempermudah proses belajar Anda.
Contoh Soal soal fisika materi fisika inti
A. Pilihan Ganda
1. Partikel penyusun inti atom yang bermuatan positif adalah…
- A. Proton
- B. Elektron
- C. Neutron
- D. Foton
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Inti atom tersusun atas proton (bermuatan positif) dan neutron (tidak bermuatan). Elektron mengelilingi inti.
2. Jumlah proton dan neutron dalam suatu inti atom disebut…
- A. Nomor atom
- B. Nomor massa
- C. Massa defek
- D. Energi ikat
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Nomor massa (A) adalah jumlah total proton (Z) dan neutron (N) dalam inti atom (A = Z + N).
3. Gaya yang mengikat proton dan neutron di dalam inti atom disebut…
- A. Gaya gravitasi
- B. Gaya elektromagnetik
- C. Gaya inti kuat
- D. Gaya inti lemah
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Gaya inti kuat adalah gaya fundamental yang paling kuat, bertanggung jawab untuk mengikat nukleon (proton dan neutron) di dalam inti atom.
4. Perbedaan antara massa nukleon-nukleon penyusun inti atom dalam keadaan bebas dengan massa inti atom tersebut disebut…
- A. Massa defek
- B. Energi ikat
- C. Massa atom relatif
- D. Massa ekuivalen
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Massa defek adalah selisih antara total massa partikel penyusun inti (proton dan neutron) dengan massa inti atom yang sebenarnya.
5. Berapakah energi yang diperlukan untuk memecah inti atom menjadi nukleon-nukleon penyusunnya secara terpisah?
- A. Energi kinetik
- B. Energi potensial
- C. Massa defek
- D. Energi ikat inti
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Energi ikat inti adalah energi yang dilepaskan ketika nukleon-nukleon bergabung membentuk inti, atau energi yang diperlukan untuk memecah inti menjadi nukleon-nukleon bebas.
6. Jika 1 sma (satuan massa atom) setara dengan energi 931 MeV, energi ikat inti dapat dihitung menggunakan rumus E = Δm × c², di mana Δm adalah massa defek. Satuan energi yang paling umum digunakan dalam fisika inti adalah…
- A. Joule (J)
- B. Erg
- C. Mega elektron Volt (MeV)
- D. Kalori (kal)
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Mega elektron Volt (MeV) adalah satuan energi yang sangat umum dalam fisika nuklir dan partikel karena energi yang terlibat dalam reaksi nuklir biasanya dalam orde tersebut.
7. Peluruhan radioaktif yang menghasilkan partikel alfa (inti helium, ⁴₂He) akan menyebabkan…
- A. Nomor atom bertambah 1
- B. Nomor massa berkurang 4 dan nomor atom berkurang 2
- C. Nomor massa tetap dan nomor atom bertambah 1
- D. Nomor massa berkurang 2 dan nomor atom berkurang 1
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Peluruhan alfa mengurangi nomor massa (A) sebanyak 4 dan nomor atom (Z) sebanyak 2.
8. Peluruhan beta negatif (β⁻) terjadi ketika neutron dalam inti berubah menjadi proton, memancarkan elektron (e⁻) dan antineutrino. Akibatnya, inti baru akan memiliki…
- A. Nomor atom bertambah 1, nomor massa tetap
- B. Nomor atom berkurang 1, nomor massa tetap
- C. Nomor massa berkurang 4, nomor atom berkurang 2
- D. Nomor atom tetap, nomor massa bertambah 1
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Dalam peluruhan beta negatif, neutron (¹₀n) berubah menjadi proton (¹₁p) + elektron (⁰₋₁e) + antineutrino. Ini berarti nomor atom (Z) bertambah 1, sementara nomor massa (A) tetap.
9. Sinar gamma adalah jenis radiasi elektromagnetik yang dipancarkan oleh inti atom yang tereksitasi. Karakteristik utama sinar gamma adalah…
- A. Memiliki massa dan muatan positif
- B. Memiliki massa dan muatan negatif
- C. Memiliki massa tetapi tidak bermuatan
- D. Tidak memiliki massa dan tidak bermuatan
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Sinar gamma adalah foton berenergi tinggi, tidak memiliki massa maupun muatan, dan memiliki daya tembus yang sangat kuat.
10. Waktu yang dibutuhkan agar setengah dari inti radioaktif suatu sampel meluruh disebut…
- A. Waktu hidup
- B. Waktu paruh
- C. Konstanta peluruhan
- D. Usia rata-rata
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Waktu paruh (T½) adalah karakteristik suatu isotop radioaktif yang menunjukkan waktu yang diperlukan agar separuh dari inti awal meluruh.
11. Suatu unsur radioaktif memiliki waktu paruh 2 jam. Jika mula-mula terdapat 100 gram unsur tersebut, berapa massa unsur yang tersisa setelah 6 jam?
- A. 50 gram
- B. 12,5 gram
- C. 25 gram
- D. 6,25 gram
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Setelah 2 jam (1 waktu paruh), massa menjadi 100/2 = 50 gram. Setelah 4 jam (2 waktu paruh), massa menjadi 50/2 = 25 gram. Setelah 6 jam (3 waktu paruh), massa menjadi 25/2 = 12,5 gram.
12. Reaksi nuklir di mana inti berat terpecah menjadi dua atau lebih inti yang lebih ringan disertai pelepasan energi disebut…
- A. Reaksi fisi
- B. Reaksi fusi
- C. Reaksi berantai
- D. Reaksi termonuklir
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Reaksi fisi adalah proses pembelahan inti berat menjadi inti-inti yang lebih ringan, melepaskan energi dan beberapa neutron.
13. Reaksi nuklir yang terjadi di Matahari, di mana inti-inti ringan bergabung membentuk inti yang lebih berat disertai pelepasan energi yang sangat besar, dikenal sebagai…
- A. Reaksi fisi
- B. Reaksi fusi
- C. Peluruhan alfa
- D. Peluruhan beta
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Reaksi fusi adalah proses penggabungan dua inti ringan untuk membentuk inti yang lebih berat, melepaskan energi yang sangat besar, seperti yang terjadi di Matahari.
14. Produk hasil reaksi fisi Uranium-235 yang paling umum adalah…
- A. Helium dan hidrogen
- B. Karbon dan oksigen
- C. Barium dan kripton
- D. Timbal dan bismut
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Reaksi fisi Uranium-235 biasanya menghasilkan inti-inti menengah seperti Barium dan Kripton, bersama dengan neutron dan energi.
15. Salah satu aplikasi praktis dari reaksi fisi adalah…
- A. Bom hidrogen
- B. Pembangkit listrik tenaga surya
- C. Pencitraan MRI
- D. Reaktor nuklir
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Reaktor nuklir menggunakan reaksi fisi berantai terkontrol untuk menghasilkan energi listrik.
16. Partikel yang digunakan untuk memulai reaksi fisi berantai dalam reaktor nuklir adalah…
- A. Neutron
- B. Proton
- C. Elektron
- D. Partikel alfa
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Neutron ditembakkan ke inti berat (misalnya Uranium-235) untuk memulai reaksi fisi. Neutron yang dihasilkan dari fisi kemudian memicu fisi inti lain, menciptakan reaksi berantai.
17. Isotop adalah atom-atom dari unsur yang sama yang memiliki…
- A. Nomor atom sama, nomor massa berbeda
- B. Nomor atom berbeda, nomor massa sama
- C. Nomor atom sama, nomor massa sama
- D. Nomor atom berbeda, nomor massa berbeda
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Isotop memiliki jumlah proton yang sama (sehingga nomor atom sama) tetapi jumlah neutron yang berbeda, yang berarti nomor massanya berbeda.
18. Unsur X meluruh menjadi unsur Y dengan memancarkan partikel beta negatif. Jika unsur X memiliki nomor atom Z dan nomor massa A, maka unsur Y akan memiliki…
- A. Nomor atom (Z-1), nomor massa A
- B. Nomor atom (Z+1), nomor massa A
- C. Nomor atom (Z-2), nomor massa (A-4)
- D. Nomor atom Z, nomor massa (A-1)
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Dalam peluruhan beta negatif, nomor atom (Z) bertambah 1, sedangkan nomor massa (A) tetap. Jadi, Y akan memiliki nomor atom (Z+1) dan nomor massa A.
19. Radiasi dengan daya tembus paling kuat adalah…
- A. Partikel alfa
- B. Partikel beta
- C. Sinar gamma
- D. Neutron
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Sinar gamma memiliki daya tembus paling kuat, diikuti oleh partikel beta, dan kemudian partikel alfa yang memiliki daya tembus paling lemah.
20. Aktivitas radioaktif suatu sampel didefinisikan sebagai…
- A. Jumlah total inti radioaktif dalam sampel
- B. Energi yang dilepaskan per peluruhan
- C. Waktu yang dibutuhkan untuk setengah inti meluruh
- D. Laju peluruhan inti radioaktif per satuan waktu
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Aktivitas adalah laju peluruhan inti atom per satuan waktu.
B. Isian Singkat
1. Dua partikel utama yang menyusun inti atom adalah proton dan ______.
Jawaban: neutron
2. Gaya yang bertanggung jawab untuk mengikat nukleon di dalam inti atom meskipun ada tolakan elektrostatik antar proton adalah gaya _______.
Jawaban: inti kuat
3. Proses penggabungan dua inti ringan menjadi inti yang lebih berat disertai pelepasan energi disebut reaksi _______.
Jawaban: fusi
4. Satuan standar internasional untuk aktivitas radioaktif adalah _______.
Jawaban: Becquerel (Bq)
5. Peluruhan radioaktif yang hanya memancarkan energi tanpa mengubah nomor atom atau nomor massa inti adalah peluruhan _______.
Jawaban: gamma
C. Menjodohkan
1. Jodohkan istilah-istilah fisika inti berikut dengan definisinya yang tepat.
| Premis | Respon |
|---|---|
| Massa defek | Selisih massa nukleon bebas dengan inti |
| Energi ikat | Energi yang mengikat nukleon dalam inti |
| Waktu paruh | Waktu yang dibutuhkan agar setengah inti radioaktif meluruh |
| Reaksi fisi | Proses pembelahan inti berat menjadi inti ringan |
| Reaksi fusi | Proses penggabungan inti ringan menjadi inti berat |
2. Jodohkan jenis radiasi/partikel berikut dengan karakteristik utamanya.
| Premis | Respon |
|---|---|
| Partikel alfa | Inti helium yang bermuatan positif |
| Partikel beta | Elektron atau positron yang dipancarkan |
| Sinar gamma | Gelombang elektromagnetik berenergi tinggi |
| Neutron | Partikel tak bermuatan yang menyusun inti |
| Proton | Partikel bermuatan positif yang menyusun inti |
D. Uraian
1. Jelaskan konsep massa defek dan bagaimana kaitannya dengan energi ikat inti. Mengapa massa defek selalu ada pada inti atom?
Massa defek adalah selisih antara total massa nukleon-nukleon (proton dan neutron) penyusun inti atom dalam keadaan bebas dengan massa inti atom yang sebenarnya. Secara matematis, Δm = (Z × mp + N × mn) – M_inti, di mana Z adalah jumlah proton, N adalah jumlah neutron, mp adalah massa proton, mn adalah massa neutron, dan M_inti adalah massa inti atom. Massa defek selalu ada karena ketika nukleon-nukleon bergabung membentuk inti atom, sebagian kecil massanya diubah menjadi energi yang dilepaskan, yang disebut energi ikat inti. Konsep ini sesuai dengan persamaan kesetaraan massa-energi Einstein, E = Δmc². Energi ikat inti inilah yang menjaga inti tetap stabil. Semakin besar massa defek, semakin besar energi ikatnya, dan semakin stabil inti tersebut.
2. Bandingkan dan jelaskan perbedaan antara reaksi fisi dan reaksi fusi, serta berikan contoh aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari.
Reaksi fisi adalah proses pembelahan inti atom berat (misalnya Uranium atau Plutonium) menjadi dua atau lebih inti yang lebih ringan, disertai pelepasan energi yang besar dan beberapa neutron. Aplikasi reaksi fisi adalah pada Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) untuk menghasilkan listrik dan bom atom. Reaksi fusi adalah proses penggabungan dua inti atom ringan (misalnya Deuterium dan Tritium) menjadi inti yang lebih berat, disertai pelepasan energi yang jauh lebih besar daripada fisi. Reaksi fusi adalah sumber energi Matahari dan bintang-bintang. Aplikasi potensial di Bumi adalah reaktor fusi untuk energi bersih di masa depan (misalnya proyek ITER) dan bom hidrogen.
3. Sebuah unsur radioaktif memiliki waktu paruh 10 hari. Jika mula-mula terdapat 800 gram unsur tersebut, berapa massa unsur yang tersisa setelah 30 hari? Jelaskan langkah perhitungannya.
Langkah-langkah perhitungan:
1. Tentukan jumlah waktu paruh (n) yang telah berlalu: n = total waktu / waktu paruh = 30 hari / 10 hari = 3 waktu paruh.
2. Gunakan rumus sisa massa setelah peluruhan: Nt = N₀ × (1/2)ⁿ.
3. Substitusikan nilai yang diketahui: Nt = 800 gram × (1/2)³.
4. Hitung: Nt = 800 gram × (1/8) = 100 gram.
Jadi, massa unsur yang tersisa setelah 30 hari adalah 100 gram.
4. Jelaskan jenis-jenis peluruhan radioaktif (alfa, beta, gamma) beserta karakteristik partikel/gelombang yang dipancarkan dan efeknya terhadap inti induk.
1. Peluruhan Alfa (α): Memancarkan partikel alfa (inti helium, ⁴₂He), yang memiliki 2 proton dan 2 neutron, bermuatan positif. Inti induk kehilangan 4 pada nomor massa (A) dan 2 pada nomor atom (Z). Daya tembusnya rendah, mudah dihentikan oleh kertas.
2. Peluruhan Beta (β): Ada dua jenis, beta negatif (β⁻) dan beta positif (β⁺).
* Beta Negatif (β⁻): Neutron berubah menjadi proton, memancarkan elektron (⁰₋₁e) dan antineutrino. Inti induk memiliki nomor atom (Z) bertambah 1, nomor massa (A) tetap. Daya tembus sedang, dapat dihentikan oleh aluminium.
* Beta Positif (β⁺): Proton berubah menjadi neutron, memancarkan positron (⁰₊₁e) dan neutrino. Inti induk memiliki nomor atom (Z) berkurang 1, nomor massa (A) tetap.
3. Peluruhan Gamma (γ): Memancarkan foton berenergi tinggi (gelombang elektromagnetik) dari inti yang tereksitasi. Tidak ada perubahan pada nomor massa (A) maupun nomor atom (Z) inti induk. Daya tembusnya sangat tinggi, memerlukan timbal atau beton tebal untuk menghentikannya.
5. Bagaimana prinsip kerja reaktor nuklir dalam menghasilkan energi? Jelaskan secara singkat komponen utamanya.
Reaktor nuklir bekerja berdasarkan prinsip reaksi fisi berantai terkontrol. Inti atom berat (misalnya Uranium-235) ditembak dengan neutron, menyebabkan inti tersebut pecah (fisi) menjadi inti yang lebih ringan, melepaskan energi panas dan beberapa neutron baru. Neutron-neutron baru ini kemudian menumbuk inti Uranium lain, memicu reaksi fisi berantai. Panas yang dihasilkan digunakan untuk memanaskan air, menghasilkan uap bertekanan tinggi yang kemudian memutar turbin untuk menggerakkan generator listrik. Komponen utamanya meliputi: Bahan Bakar (Uranium), Moderator (memperlambat neutron, misal air berat/grafit), Batang Kendali (menyerap neutron untuk mengontrol laju reaksi, misal Kadmium/Boron), Pendingin (mengalirkan panas, misal air), dan Perisai (melindungi dari radiasi).