Selami dunia mikroskopis inti atom dengan kumpulan latihan soal fisika materi inti ini! Materi inti merupakan salah satu cabang fisika yang mempelajari struktur, sifat, dan interaksi partikel di dalam nukleus atom, serta fenomena radioaktivitas dan reaksi nuklir. Memahami materi ini sangat penting bagi siswa SMA dan mahasiswa yang mendalami fisika, kimia, atau teknik nuklir. Soal-soal ini dirancang untuk menguji pemahaman Anda tentang konsep-konsep dasar seperti defek massa, energi ikat inti, peluruhan alfa, beta, gamma, waktu paruh, serta perbedaan antara fisi dan fusi nuklir. Dengan 20 soal pilihan ganda, 5 isian singkat, 5 uraian, dan 2 soal menjodohkan, Anda akan mendapatkan latihan komprehensif untuk mempersiapkan diri menghadapi ujian atau sekadar memperdalam pengetahuan Anda. Tingkatkan penguasaan Anda terhadap fisika inti dan raih nilai terbaik!
Contoh Soal soal fisika materi inti
A. Pilihan Ganda
1. Inti atom terdiri dari partikel-partikel dasar yaitu…
- A. Elektron dan proton
- B. Elektron dan neutron
- C. Proton dan neutron
- D. Proton, neutron, dan elektron
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Inti atom (nukleus) tersusun atas proton yang bermuatan positif dan neutron yang tidak bermuatan (netral). Elektron bergerak mengelilingi inti.
2. Partikel yang memiliki muatan positif di dalam inti atom adalah…
- A. Proton
- B. Neutron
- C. Elektron
- D. Positron
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Proton adalah partikel subatomik yang bermuatan positif dan ditemukan di dalam inti atom.
3. Nomor atom (Z) pada suatu unsur menunjukkan jumlah…
- A. Neutron
- B. Proton
- C. Elektron
- D. Proton dan neutron
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Nomor atom (Z) didefinisikan sebagai jumlah proton di dalam inti atom. Pada atom netral, jumlah proton sama dengan jumlah elektron.
4. 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. Jumlah neutron sama
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Isotop memiliki jumlah proton (nomor atom) yang sama, tetapi jumlah neutron (sehingga nomor massa) yang berbeda.
5. Gaya yang mengikat proton dan neutron di dalam inti atom adalah…
- A. Gaya gravitasi
- B. Gaya elektromagnetik
- C. Gaya inti kuat
- D. Gaya inti lemah
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Gaya inti kuat (gaya nuklir kuat) adalah gaya fundamental yang bertanggung jawab untuk mengikat kuark menjadi proton dan neutron, serta mengikat proton dan neutron bersama-sama di dalam inti atom.
6. Fenomena hilangnya sebagian massa saat pembentukan inti atom yang berubah menjadi energi disebut…
- A. Energi kinetik
- B. Defek massa
- C. Energi potensial
- D. Energi ambang
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Defek massa adalah perbedaan antara massa total nukleon penyusun inti yang terpisah dengan massa inti yang terbentuk. Massa yang hilang ini dikonversi menjadi energi ikat inti sesuai dengan persamaan Einstein E=mc².
7. Jika diketahui massa proton = 1,0078 sma, massa neutron = 1,0086 sma, dan massa inti ⁴₂He = 4,0026 sma. Berapakah defek massa inti helium tersebut? (1 sma = 931 MeV)
- A. 0,0202 sma
- B. 0,0252 sma
- C. 0,0282 sma
- D. 0,0302 sma
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Inti ⁴₂He memiliki 2 proton dan 2 neutron.Massa total nukleon = (2 × 1,0078) + (2 × 1,0086) = 2,0156 + 2,0172 = 4,0328 sma.Defek massa = Massa total nukleon – Massa inti = 4,0328 – 4,0026 = 0,0302 sma.
8. Proses pemancaran partikel atau radiasi dari inti atom yang tidak stabil secara spontan disebut…
- A. Radioaktivitas
- B. Fisi nuklir
- C. Fusi nuklir
- D. Resonansi
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Radioaktivitas adalah fenomena inti atom yang tidak stabil meluruh dan memancarkan radiasi untuk mencapai keadaan yang lebih stabil.
9. Partikel alfa (α) identik dengan inti atom…
- A. Hidrogen
- B. Helium
- C. Litium
- D. Berilium
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Partikel alfa adalah inti helium-4, yang terdiri dari 2 proton dan 2 neutron.
10. Pada peluruhan beta minus (β⁻), sebuah neutron di dalam inti berubah menjadi…
- A. Proton dan positron
- B. Elektron dan proton
- C. Proton dan elektron
- D. Neutron dan antineutrino
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Dalam peluruhan beta minus, sebuah neutron (n) meluruh menjadi sebuah proton (p), sebuah elektron (e⁻, partikel beta minus), dan sebuah antineutrino (ν̅e).
11. Radiasi yang tidak memiliki massa dan muatan, serta merupakan gelombang elektromagnetik berenergi tinggi adalah…
- A. Sinar gamma
- B. Sinar alfa
- C. Sinar beta
- D. Sinar-X
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Sinar gamma (γ) adalah foton berenergi tinggi yang tidak memiliki massa maupun muatan listrik, dan merupakan bagian dari spektrum elektromagnetik.
12. Waktu yang dibutuhkan agar separuh dari inti atom radioaktif meluruh disebut…
- A. Waktu hidup
- B. Waktu paruh
- C. Konstanta peluruhan
- D. Laju peluruhan
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Waktu paruh (T½) adalah waktu yang dibutuhkan agar separuh dari jumlah inti radioaktif yang ada meluruh menjadi inti yang lebih stabil.
13. Jika suatu sampel radioaktif memiliki waktu paruh 10 jam, berapa bagian dari sampel tersebut yang tersisa setelah 30 jam?
- A. 1/2
- B. 1/4
- C. 1/8
- D. 1/16
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: C
Pembahasan: Setelah 10 jam (1 waktu paruh), tersisa 1/2.Setelah 20 jam (2 waktu paruh), tersisa (1/2) × (1/2) = 1/4.Setelah 30 jam (3 waktu paruh), tersisa (1/2) × (1/2) × (1/2) = 1/8.
14. Reaksi pembelahan inti berat menjadi inti-inti yang lebih ringan disertai pelepasan energi disebut…
- A. Fisi nuklir
- B. Fusi nuklir
- C. Peluruhan alfa
- D. Peluruhan beta
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Fisi nuklir adalah proses di mana inti atom berat terpecah menjadi dua atau lebih inti yang lebih kecil, melepaskan sejumlah besar energi.
15. Reaksi penggabungan inti-inti ringan menjadi inti yang lebih berat disertai pelepasan energi disebut…
- A. Fisi nuklir
- B. Fusi nuklir
- C. Peluruhan gamma
- D. Penangkapan elektron
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Fusi nuklir adalah proses di mana dua atau lebih inti atom ringan bergabung membentuk inti atom yang lebih berat, melepaskan energi yang sangat besar.
16. Salah satu aplikasi radioisotop dalam bidang kedokteran adalah…
- A. Mengukur ketebalan baja
- B. Sterilisasi alat-alat industri
- C. Penentuan umur fosil
- D. Terapi kanker tiroid
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Iodine-131 (¹³¹I) digunakan untuk mendiagnosis dan mengobati masalah tiroid karena tiroid menyerap yodium.
17. Reaktor nuklir memanfaatkan reaksi…
- A. Fisi nuklir
- B. Fusi nuklir
- C. Peluruhan alfa
- D. Peluruhan beta
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Reaktor nuklir menggunakan reaksi fisi berantai terkendali untuk menghasilkan panas, yang kemudian digunakan untuk menghasilkan listrik.
18. Urutan daya tembus radiasi dari yang paling lemah hingga paling kuat adalah…
- A. Beta, alfa, gamma
- B. Alfa, beta, gamma
- C. Gamma, beta, alfa
- D. Alfa, gamma, beta
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: B
Pembahasan: Partikel alfa memiliki daya tembus terlemah (dapat dihentikan oleh kertas), beta lebih kuat (dapat dihentikan oleh aluminium), dan gamma memiliki daya tembus terkuat (membutuhkan timbal atau beton tebal untuk menghentikannya).
19. Perhatikan reaksi inti berikut: ²³⁸₉₂U → ²³⁴₉₀Th + X. Partikel X adalah…
- A. Partikel alfa
- B. Partikel beta
- C. Sinar gamma
- D. Neutron
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: A
Pembahasan: Pada reaksi peluruhan alfa, nomor massa berkurang 4 dan nomor atom berkurang 2. Inti Uranium (U) meluruh menjadi Torium (Th) dengan memancarkan partikel alfa (⁴₂He).
20. Energi ikat per nukleon adalah indikator untuk…
- A. Ukuran inti atom
- B. Muatan inti atom
- C. Laju peluruhan radioaktif
- D. Stabilitas inti atom
Lihat Kunci Jawaban
Jawaban: D
Pembahasan: Energi ikat per nukleon menunjukkan seberapa stabil suatu inti atom. Semakin besar energi ikat per nukleon, semakin stabil inti tersebut.
B. Isian Singkat
1. Perbedaan antara massa total nukleon penyusun inti yang terpisah dengan massa inti yang sebenarnya disebut…
Jawaban: Defek massa
2. Satuan standar untuk energi ikat inti adalah…
Jawaban: MeV (Megaelektronvolt)
3. Inti atom yang memiliki jumlah neutron sama tetapi jumlah proton berbeda disebut…
Jawaban: Isoton
4. Dalam peluruhan beta positif (β⁺), sebuah proton di dalam inti akan berubah menjadi…
Jawaban: Neutron dan positron
5. Radioisotop Karbon-14 (¹⁴C) digunakan dalam teknik penentuan umur peninggalan purbakala yang dikenal sebagai…
Jawaban: Penanggalan karbon (Carbon dating)
C. Menjodohkan
1. Jodohkan istilah-istilah berikut dengan definisi yang tepat.
| Premis | Respon |
|---|---|
| Defek massa | Perbedaan massa antara nukleon terpisah dan inti atom yang terbentuk |
| Waktu paruh | Waktu yang diperlukan agar separuh inti radioaktif meluruh |
| Isotop | Atom dengan jumlah proton sama tetapi neutron berbeda |
| Fusi nuklir | Penggabungan inti-inti ringan menjadi inti yang lebih berat |
2. Jodohkan jenis radiasi berikut dengan karakteristik utamanya.
| Premis | Respon |
|---|---|
| Sinar alfa | Partikel bermuatan positif, daya tembus paling lemah |
| Sinar beta | Partikel bermuatan negatif (elektron) atau positif (positron), daya tembus sedang |
| Sinar gamma | Gelombang elektromagnetik, tidak bermassa, tidak bermuatan, daya tembus paling kuat |
| Neutron | Partikel tidak bermuatan, massa mirip proton, dapat memicu fisi |
D. Uraian
1. Jelaskan konsep defek massa dan bagaimana hubungannya dengan energi ikat inti. Sertakan persamaan Einstein yang relevan.
Defek massa adalah perbedaan antara massa total nukleon (proton dan neutron) yang menyusun suatu inti atom secara terpisah dengan massa inti atom yang sebenarnya setelah terbentuk. Ketika nukleon-nukleon bergabung membentuk inti, sebagian kecil massanya hilang dan diubah menjadi energi. Energi yang dilepaskan ini disebut energi ikat inti, yaitu energi yang diperlukan untuk memisahkan inti menjadi nukleon-nukleon penyusunnya. Hubungan antara defek massa (Δm) dan energi ikat inti (E) dijelaskan oleh persamaan relativitas Einstein, E = Δm × c², di mana c adalah kecepatan cahaya di ruang hampa (3 × 10⁸ m/s).
2. Bandingkan dan jelaskan perbedaan utama antara reaksi fisi nuklir dan fusi nuklir, termasuk contoh aplikasinya.
Fisi nuklir adalah proses pembelahan inti atom berat (misalnya Uranium-235) menjadi dua atau lebih inti yang lebih ringan, disertai pelepasan energi dan beberapa neutron. Contoh aplikasinya adalah pada reaktor nuklir untuk pembangkit listrik dan senjata nuklir (bom atom). Fusi nuklir adalah proses penggabungan dua atau lebih inti atom ringan (misalnya deuterium dan tritium) menjadi inti yang lebih berat, disertai pelepasan energi yang sangat besar. Contoh aplikasinya adalah pada bintang (termasuk Matahari) sebagai sumber energi utama, dan pengembangan reaktor fusi eksperimental untuk energi bersih di masa depan (misalnya ITER) serta senjata nuklir (bom hidrogen). Perbedaan utamanya terletak pada jenis reaksi (pembelahan vs penggabungan) dan jenis inti yang terlibat (berat vs ringan).
3. Jelaskan tiga jenis utama peluruhan radioaktif (alfa, beta, gamma) berdasarkan karakteristik partikel/radiasi yang dipancarkan dan perubahan pada inti induk.
1. Peluruhan Alfa (α): Inti induk memancarkan partikel alfa (inti helium-4, ⁴₂He), yang terdiri dari 2 proton dan 2 neutron. Akibatnya, nomor massa inti induk berkurang 4 dan nomor atom berkurang 2.Partikel alfa bermuatan positif (+2e) dan memiliki daya tembus paling rendah.2. Peluruhan Beta (β): Terbagi menjadi beta minus (β⁻) dan beta positif (β⁺). – Beta Minus (β⁻): Neutron dalam inti berubah menjadi proton, melepaskan elektron (partikel beta minus) dan antineutrino. Nomor massa tetap, nomor atom bertambah 1. Partikel beta minus bermuatan negatif (-e) dan memiliki daya tembus sedang. – Beta Positif (β⁺): Proton dalam inti berubah menjadi neutron, melepaskan positron (partikel beta positif) dan neutrino. Nomor massa tetap, nomor atom berkurang 1. Partikel beta positif bermuatan positif (+e).3. Peluruhan Gamma (γ): Inti yang berada dalam keadaan tereksitasi melepaskan kelebihan energinya dalam bentuk foton berenergi tinggi (sinar gamma). Tidak ada perubahan pada nomor massa maupun nomor atom inti. Sinar gamma tidak bermassa dan tidak bermuatan, serta memiliki daya tembus paling tinggi.
4. Suatu sampel radioaktif memiliki waktu paruh 5 hari. Jika mula-mula terdapat 200 gram sampel, berapa massa sampel yang tersisa setelah 15 hari?
Diketahui:Waktu paruh (T½) = 5 hariMassa awal (N₀) = 200 gramWaktu total (t) = 15 hariJumlah waktu paruh (n) = t / T½ = 15 hari / 5 hari = 3 kali.Rumus sisa massa: N = N₀ × (1/2)ⁿMassa yang tersisa (N) = 200 gram × (1/2)³N = 200 gram × (1/8)N = 25 gramJadi, massa sampel yang tersisa setelah 15 hari adalah 25 gram.
5. Sebutkan dan jelaskan secara singkat tiga aplikasi atau manfaat dari radioisotop dalam kehidupan sehari-hari atau industri, selain yang sudah disebutkan dalam soal pilihan ganda.
1. Sterilisasi Alat Medis/Makanan: Radiasi gamma dari Co-60 atau Cs-137 digunakan untuk membunuh bakteri dan mikroorganisme pada alat medis (seperti jarum suntik, benang bedah) dan bahan makanan (seperti rempah-rempah, buah-buahan) tanpa memanaskannya, sehingga memperpanjang masa simpan dan menjamin kebersihan.2. Detektor Asap: Radioisotop Amerisium-241 (²⁴¹Am) digunakan dalam detektor asap ionisasi. Partikel alfa yang dipancarkan ²⁴¹Am mengionisasi udara di antara dua pelat, menciptakan arus listrik kecil. Ketika asap masuk, ia mengganggu arus ini, memicu alarm.3. Pengukuran Ketebalan dan Kepadatan: Sumber radiasi (misalnya beta atau gamma) dapat digunakan untuk mengukur ketebalan material (seperti kertas, plastik, logam lembaran) atau kepadatan cairan/gas. Dengan mengukur seberapa banyak radiasi yang diserap atau dihamburkan, ketebalan atau kepadatan dapat ditentukan secara non-invasif.