Pilihan Ganda
- Menurut teori relativitas khusus Einstein, jika sebuah objek bergerak mendekati kecepatan cahaya, maka bagi pengamat yang diam, objek tersebut akan mengalami…
A. Kontraksi panjang dan dilatasi waktu
B. Dilatasi panjang dan kontraksi waktu
C. Tidak ada perubahan panjang dan waktu
D. Peningkatan massa diam
E. Kecepatan yang melebihi cahaya - Fenomena yang menunjukkan sifat partikel dari cahaya adalah…
A. Difraksi
B. Interferensi
C. Polarisasi
D. Efek Fotolistrik
E. Refraksi - Energi foton cahaya dengan panjang gelombang λ dapat dinyatakan sebagai…
A. E = hc/λ
B. E = hλ/c
C. E = hf/c
D. E = mc²
E. E = p/λ - Inti atom yang tidak stabil cenderung mengalami peluruhan radioaktif untuk mencapai…
A. Massa yang lebih besar
B. Kerapatan yang lebih tinggi
C. Keadaan energi yang lebih tinggi
D. Kestabilan
E. Muatan yang lebih besar - Konsep dualisme gelombang-partikel menyatakan bahwa…
A. Cahaya hanya bersifat gelombang
B. Materi hanya bersifat partikel
C. Cahaya dan materi dapat menunjukkan sifat gelombang dan partikel
D. Gelombang dan partikel adalah dua entitas yang terpisah
E. Hanya partikel yang memiliki panjang gelombang - Panjang gelombang de Broglie dari sebuah partikel dengan momentum p adalah…
A. λ = h/p
B. λ = p/h
C. λ = E/h
D. λ = hf
E. λ = mc² - Pada efek fotolistrik, energi kinetik maksimum elektron yang lepas dari permukaan logam akan meningkat jika…
A. Intensitas cahaya ditingkatkan
B. Frekuensi cahaya ditingkatkan
C. Panjang gelombang cahaya ditingkatkan
D. Luas permukaan logam diperbesar
E. Waktu penyinaran diperlama - Defek massa pada inti atom menunjukkan…
A. Kelebihan massa proton
B. Kelebihan massa neutron
C. Perbedaan antara massa inti yang terukur dengan jumlah massa nukleon penyusunnya
D. Perbedaan antara massa inti dengan massa elektron
E. Perbedaan antara massa atom dan massa inti - Prinsip ketidakpastian Heisenberg menyatakan bahwa kita tidak dapat secara bersamaan mengetahui dengan pasti…
A. Posisi dan kecepatan suatu partikel
B. Massa dan energi suatu partikel
C. Muatan dan spin suatu partikel
D. Frekuensi dan panjang gelombang suatu partikel
E. Gaya dan percepatan suatu partikel - Dalam model atom Bohr, elektron bergerak mengelilingi inti pada orbit-orbit stasioner tanpa…
A. Mengalami gaya sentripetal
B. Memancarkan atau menyerap energi
C. Memiliki momentum sudut
D. Berinteraksi dengan inti
E. Mengalami perubahan massa - Spektrum emisi atom hidrogen yang paling sederhana dapat dijelaskan oleh deret…
A. Balmer
B. Lyman
C. Paschen
D. Brackett
E. Pfund - Inti atom ⁶⁰₂₇Co mengalami peluruhan beta⁻. Inti hasil peluruhan adalah…
A. ⁶⁰₂₆Fe
B. ⁶⁰₂₈Ni
C. ⁵⁹₂₇Co
D. ⁶¹₂₇Co
E. ⁶⁰₂₇Co - Sebuah partikel memiliki energi diam E₀. Jika energi totalnya adalah 2E₀, maka laju partikel tersebut adalah…
A. 0.5 c
B. √3/2 c
C. 0.866 c
D. c
E. 0.75 c - Efek Compton adalah fenomena di mana foton menumbuk elektron bebas dan…
A. Foton diserap sepenuhnya oleh elektron
B. Panjang gelombang foton tidak berubah
C. Panjang gelombang foton bertambah setelah tumbukan
D. Elektron memancarkan foton baru
E. Energi kinetik elektron berkurang - Fungsi kerja (work function) suatu logam dalam efek fotolistrik adalah…
A. Energi minimum yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari permukaan logam
B. Energi kinetik maksimum elektron yang dilepaskan
C. Energi foton yang datang
D. Intensitas cahaya yang datang
E. Frekuensi ambang cahaya - Semikonduktor intrinsik murni pada suhu sangat rendah berperilaku seperti…
A. Konduktor super
B. Konduktor biasa
C. Isolator
D. Superkonduktor
E. Logam - Reaksi fusi nuklir adalah proses penggabungan inti-inti ringan menjadi inti yang lebih berat, yang…
A. Membutuhkan energi sangat besar untuk dimulai
B. Melepaskan energi dalam jumlah kecil
C. Terjadi secara spontan pada suhu rendah
D. Menghasilkan limbah radioaktif jangka panjang
E. Hanya terjadi di reaktor nuklir - Jika massa sebuah benda bergerak adalah dua kali massa diamnya, maka faktor Lorentz (γ) adalah…
A. 1
B. 2
C. 0.5
D. √2
E. 1/√2 - Radiasi benda hitam adalah radiasi elektromagnetik yang dipancarkan oleh benda ideal yang…
A. Memantulkan semua radiasi yang mengenainya
B. Hanya memancarkan radiasi pada panjang gelombang tertentu
C. Menyerap semua radiasi yang mengenainya dan memancarkan radiasi termal
D. Tidak memancarkan radiasi sama sekali
E. Hanya menyerap radiasi inframerah - Dalam fisika nuklir, waktu paruh adalah waktu yang dibutuhkan agar…
A. Seluruh inti radioaktif meluruh
B. Setengah dari jumlah inti radioaktif meluruh
C. Massa sampel radioaktif menjadi dua kali lipat
D. Aktivitas radioaktif menjadi nol
E. Energi yang dipancarkan berkurang setengah
Isian Singkat
- Nilai konstanta Planck adalah sekitar 6.626 x 10⁻³⁴ … (satuan).
- Dalam reaksi fisi nuklir, inti berat terpecah menjadi inti yang lebih ringan sambil melepaskan…
- Frekuensi ambang adalah frekuensi minimum cahaya agar efek fotolistrik dapat terjadi, berapapun… cahaya.
- Partikel yang tidak memiliki massa diam dan bergerak dengan kecepatan cahaya adalah…
- Energi ikat inti adalah energi yang diperlukan untuk memisahkan… inti menjadi nukleon-nukleon penyusunnya.
Uraian
- Jelaskan dua postulat utama dalam Teori Relativitas Khusus Einstein dan implikasinya terhadap konsep ruang dan waktu.
- Terangkan mengapa efek fotolistrik tidak terjadi jika frekuensi cahaya yang datang di bawah frekuensi ambang, meskipun intensitas cahaya sangat tinggi.
- Bagaimana model atom Bohr menjelaskan kestabilan atom dan spektrum garis atom hidrogen? Sebutkan salah satu keterbatasan model ini.
- Bedakan antara reaksi fusi nuklir dan fisi nuklir. Berikan contoh aplikasi masing-masing.
- Jelaskan konsep dualisme gelombang-partikel dan berikan dua contoh fenomena yang mendukung konsep ini.
Menjodohkan
Soal 1: Pasangkan konsep dengan penemunya yang tepat.
Kolom A (Konsep)
1. Teori Relativitas
2. Konstanta Planck
3. Model Atom Hidrogen
4. Dualisme Gelombang-Partikel
Kolom B (Penemu)
a. Niels Bohr
b. Albert Einstein
c. Max Planck
d. Louis de Broglie
Soal 2: Pasangkan fenomena fisika modern dengan penjelasannya.
Kolom A (Fenomena)
1. Efek Fotolistrik
2. Efek Compton
3. Defek Massa
4. Peluruhan Beta
Kolom B (Penjelasan)
a. Terlepasnya elektron dari permukaan logam karena penyerapan foton
b. Pergeseran panjang gelombang foton setelah menumbuk elektron bebas
c. Perbedaan antara massa inti yang terukur dengan jumlah massa nukleon penyusunnya
d. Pelepasan elektron atau positron dari inti atom
Kunci Jawaban
Pilihan Ganda
- A. Kontraksi panjang dan dilatasi waktu
Penjelasan: Menurut teori relativitas khusus, benda yang bergerak dengan kecepatan mendekati cahaya akan mengalami pemendekan panjang (kontraksi panjang) searah gerak dan perlambatan waktu (dilatasi waktu) bagi pengamat yang diam. - D. Efek Fotolistrik
Penjelasan: Efek fotolistrik adalah fenomena di mana cahaya berperilaku sebagai partikel (foton) yang energinya diserap oleh elektron, menyebabkan elektron terlepas dari logam. - A. E = hc/λ
Penjelasan: Energi foton (E) berbanding lurus dengan frekuensi (f) dan berbanding terbalik dengan panjang gelombang (λ). Dengan c = λf, maka E = hf = hc/λ. - D. Kestabilan
Penjelasan: Inti atom yang tidak stabil cenderung meluruh untuk mencapai konfigurasi energi yang lebih rendah dan lebih stabil. - C. Cahaya dan materi dapat menunjukkan sifat gelombang dan partikel
Penjelasan: Dualisme gelombang-partikel adalah konsep fundamental fisika modern yang menyatakan bahwa entitas kuantum, seperti foton dan elektron, dapat menunjukkan sifat gelombang dan partikel. - A. λ = h/p
Penjelasan: Ini adalah persamaan de Broglie, di mana λ adalah panjang gelombang, h adalah konstanta Planck, dan p adalah momentum partikel. - B. Frekuensi cahaya ditingkatkan
Penjelasan: Energi kinetik maksimum elektron yang lepas hanya bergantung pada frekuensi cahaya yang datang dan fungsi kerja logam, bukan intensitasnya. Semakin tinggi frekuensi, semakin besar energi foton, dan semakin besar energi kinetik elektron. - C. Perbedaan antara massa inti yang terukur dengan jumlah massa nukleon penyusunnya
Penjelasan: Defek massa adalah selisih antara massa total nukleon (proton dan neutron) penyusun inti dengan massa inti yang sebenarnya. Selisih massa ini diubah menjadi energi ikat inti sesuai E=mc². - A. Posisi dan kecepatan suatu partikel
Penjelasan: Prinsip Ketidakpastian Heisenberg menyatakan bahwa tidak mungkin untuk mengukur secara bersamaan dan akurat posisi dan momentum (yang terkait dengan kecepatan) suatu partikel. - B. Memancarkan atau menyerap energi
Penjelasan: Dalam model Bohr, elektron hanya memancarkan atau menyerap energi saat berpindah antar orbit stasioner, bukan saat berada di orbit tersebut. - B. Lyman
Penjelasan: Deret Lyman adalah deret spektrum atom hidrogen yang dihasilkan dari transisi elektron ke tingkat energi n=1, yang merupakan deret dengan panjang gelombang terpendek (ultraviolet). - B. ⁶⁰₂₈Ni
Penjelasan: Peluruhan beta⁻ melibatkan perubahan neutron menjadi proton dan emisi elektron (β⁻) serta antineutrino. Nomor massa tetap (60), nomor atom bertambah 1 (27 → 28). - B. √3/2 c
Penjelasan: Energi total E = γE₀. Jika E = 2E₀, maka γ = 2. Dari rumus γ = 1 / √(1 – v²/c²), didapat 2 = 1 / √(1 – v²/c²), sehingga 4 = 1 / (1 – v²/c²). Ini berarti 1 – v²/c² = 1/4, sehingga v²/c² = 3/4. Maka v = √(3/4) c = √3/2 c. - C. Panjang gelombang foton bertambah setelah tumbukan
Penjelasan: Pada efek Compton, foton yang menumbuk elektron bebas akan kehilangan sebagian energinya, yang menyebabkan panjang gelombangnya bertambah dan elektron terpental dengan energi kinetik. - A. Energi minimum yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari permukaan logam
Penjelasan: Fungsi kerja adalah ambang energi yang harus dimiliki foton untuk dapat melepaskan elektron dari permukaan logam. - C. Isolator
Penjelasan: Pada suhu sangat rendah, elektron valensi dalam semikonduktor intrinsik tidak memiliki energi yang cukup untuk melompat ke pita konduksi, sehingga berperilaku seperti isolator. - A. Membutuhkan energi sangat besar untuk dimulai
Penjelasan: Reaksi fusi membutuhkan suhu dan tekanan yang sangat tinggi (energi kinetik yang besar) untuk mengatasi tolakan inti positif. - B. 2
Penjelasan: Massa relativistik m = γm₀. Jika m = 2m₀, maka γ = 2. - C. Menyerap semua radiasi yang mengenainya dan memancarkan radiasi termal
Penjelasan: Benda hitam adalah pemancar dan penyerap radiasi termal yang ideal. - B. Setengah dari jumlah inti radioaktif meluruh
Penjelasan: Waktu paruh adalah waktu yang dibutuhkan agar separuh dari inti radioaktif dalam sampel meluruh.
Isian Singkat
- 6.626 x 10⁻³⁴ Js (Joule-detik)
- Energi
- Intensitas
- Foton
- Nukleon-nukleon
Uraian
- Postulat Teori Relativitas Khusus Einstein:
a. Prinsip Relativitas: Hukum-hukum fisika memiliki bentuk yang sama dalam semua kerangka acuan inersia.
b. Prinsip Konstansi Kecepatan Cahaya: Kecepatan cahaya dalam ruang hampa adalah sama untuk semua pengamat, terlepas dari gerak relatif sumber cahaya atau pengamat.
Implikasinya: Konsep ruang dan waktu menjadi relatif, tidak mutlak. Ini mengarah pada fenomena seperti dilatasi waktu (waktu berjalan lebih lambat untuk objek bergerak) dan kontraksi panjang (panjang objek bergerak tampak memendek). - Efek fotolistrik adalah fenomena kuantum di mana elektron dilepaskan dari permukaan logam ketika disinari cahaya dengan frekuensi tertentu. Energi foton (E = hf) harus lebih besar dari atau sama dengan fungsi kerja (W₀) logam agar elektron dapat terlepas. Fungsi kerja adalah energi minimum yang dibutuhkan untuk melepaskan elektron. Jika frekuensi cahaya (f) di bawah frekuensi ambang (f₀), maka energi foton (hf) kurang dari fungsi kerja (hf₀), sehingga foton tidak memiliki energi yang cukup untuk melepaskan elektron, berapapun intensitas cahaya (jumlah foton) yang datang. Intensitas cahaya hanya mempengaruhi jumlah elektron yang terlepas, bukan energi kinetik maksimumnya.
- Penjelasan Kestabilan Atom dan Spektrum Garis Atom Hidrogen oleh Model Bohr:
a. Kestabilan Atom: Elektron bergerak dalam orbit-orbit stasioner tertentu tanpa memancarkan energi, sehingga atom stabil. Elektron hanya memancarkan atau menyerap energi saat berpindah antar orbit. Orbit ini memiliki tingkat energi tertentu.
b. Spektrum Garis: Ketika elektron berpindah dari orbit energi tinggi ke orbit energi rendah, ia memancarkan foton dengan energi (dan frekuensi/panjang gelombang) yang spesifik, menghasilkan spektrum garis diskrit yang diamati pada atom hidrogen.
Keterbatasan: Model Bohr hanya berhasil menjelaskan atom hidrogen dan ion-ion yang hanya memiliki satu elektron. Ia tidak dapat menjelaskan spektrum atom yang lebih kompleks atau efek Zeeman (pemisahan garis spektrum dalam medan magnet). - Perbedaan Fusi Nuklir dan Fisi Nuklir:
a. Fusi Nuklir: Proses penggabungan dua atau lebih inti atom ringan (misalnya deuterium dan tritium) menjadi inti atom yang lebih berat. Proses ini melepaskan energi yang sangat besar dan membutuhkan suhu serta tekanan ekstrem (seperti di Matahari).
Contoh Aplikasi: Sumber energi Matahari dan bintang, bom hidrogen.
b. Fisi Nuklir: Proses pembelahan inti atom berat (misalnya Uranium-235) menjadi dua atau lebih inti yang lebih ringan, disertai pelepasan neutron dan energi. Proses ini dapat dipicu dan dikendalikan.
Contoh Aplikasi: Pembangkit listrik tenaga nuklir, bom atom. - Konsep Dualisme Gelombang-Partikel: Konsep ini menyatakan bahwa entitas mikroskopis seperti cahaya (foton) dan materi (elektron, proton, atom) dapat menunjukkan sifat gelombang dan sifat partikel, tergantung pada bagaimana mereka diamati atau berinteraksi.
Contoh Fenomena yang Mendukung:
a. Sifat Partikel Cahaya: Efek Fotolistrik dan Efek Compton menunjukkan bahwa cahaya terdiri dari partikel-partikel diskrit (foton) yang memiliki energi dan momentum.
b. Sifat Gelombang Materi: Difraksi elektron (percobaan Davisson-Germer) menunjukkan bahwa elektron, yang dianggap partikel, dapat menunjukkan pola difraksi seperti gelombang, sesuai dengan hipotesis de Broglie.
Menjodohkan
Soal 1:
1. Teori Relativitas → b. Albert Einstein
2. Konstanta Planck → c. Max Planck
3. Model Atom Hidrogen → a. Niels Bohr
4. Dualisme Gelombang-Partikel → d. Louis de Broglie
Soal 2:
1. Efek Fotolistrik → a. Terlepasnya elektron dari permukaan logam karena penyerapan foton
2. Efek Compton → b. Pergeseran panjang gelombang foton setelah menumbuk elektron bebas
3. Defek Massa → c. Perbedaan antara massa inti yang terukur dengan jumlah massa nukleon penyusunnya
4. Peluruhan Beta → d. Pelepasan elektron atau positron dari inti atom