Kumpulan Contoh Soal Taklukkan Efek Compton! 32 Soal Fisika Pilihan Ganda, Esai, dan Lainnya Siap Menguji Anda!
Pilihan Ganda
1. 1. Peristiwa di mana foton bertumbukan dengan elektron bebas yang diam, menyebabkan foton kehilangan sebagian energinya dan panjang gelombangnya bertambah, disebut…
A. Efek Fotolistrik
B. Efek Compton
C. Produksi Pasangan
D. Radiasi Benda Hitam
2. 2. Dalam Efek Compton, apa yang terjadi pada panjang gelombang foton setelah terhambur?
A. Berkurang
B. Tetap sama
C. Bertambah
D. Menjadi nol
3. 3. Pergeseran Compton (Δλ) bergantung pada faktor-faktor berikut, KECUALI…
A. Konstanta Planck
B. Massa diam elektron
C. Kecepatan cahaya
D. Intensitas foton datang
4. 4. Sudut hamburan foton (θ) yang menghasilkan pergeseran Compton maksimum adalah…
A. 0°
B. 45°
C. 90°
D. 180°
5. 5. Konstanta Compton untuk elektron (h/(mₑc)) memiliki nilai sekitar…
A. 2.426 × 10⁻¹² m
B. 6.626 × 10⁻³⁴ J·s
C. 9.109 × 10⁻³¹ kg
D. 3.00 × 10⁸ m/s
6. 6. Hukum kekekalan apa saja yang berlaku dalam Efek Compton?
A. Hanya energi
B. Hanya momentum
C. Energi dan momentum
D. Massa dan energi
7. 7. Jika foton terhambur pada sudut 90°, maka nilai (1 – cos θ) dalam rumus pergeseran Compton adalah…
A. 0
B. 1
C. 2
D. -1
8. 8. Pergeseran panjang gelombang (Δλ) dalam Efek Compton akan bernilai nol jika sudut hamburan (θ) adalah…
A. 0°
B. 90°
C. 180°
D. 270°
9. 9. Dalam Efek Compton, energi kinetik yang diperoleh elektron terpental berasal dari…
A. Energi potensial foton
B. Energi diam elektron
C. Energi yang hilang oleh foton
D. Energi panas lingkungan
10. 10. Mengapa Efek Compton lebih signifikan terlihat pada sinar-X atau sinar gamma dibandingkan cahaya tampak?
A. Sinar-X memiliki kecepatan yang lebih tinggi.
B. Sinar-X memiliki massa yang lebih besar.
C. Energi foton sinar-X sebanding dengan energi diam elektron.
D. Panjang gelombang cahaya tampak terlalu panjang.
11. 11. Foton datang memiliki panjang gelombang λ₀. Setelah terhambur pada sudut θ, panjang gelombang foton menjadi λ’. Hubungan yang benar adalah…
A. λ’ = λ₀
B. λ’ < λ₀
C. λ’ > λ₀
D. λ’ = 2λ₀
12. 12. Jika energi foton datang E₀ dan energi foton terhambur E’, maka energi kinetik elektron terpental Eₖ adalah…
A. E₀ + E’
B. E₀ – E’
C. E’ – E₀
D. E₀ × E’
13. 13. Momentum foton dapat dinyatakan sebagai…
A. E/c
B. mc
C. hλ
D. Eλ/c
14. 14. Ilmuwan yang pertama kali menjelaskan Efek Compton adalah…
A. Albert Einstein
B. Max Planck
C. Arthur Compton
D. Niels Bohr
15. 15. Apa implikasi utama dari Efek Compton terhadap sifat cahaya?
A. Cahaya adalah gelombang murni.
B. Cahaya adalah partikel murni.
C. Cahaya memiliki sifat dualisme gelombang-partikel.
D. Cahaya tidak memiliki massa.
16. 16. Sebuah foton dengan panjang gelombang 0,002426 nm terhambur pada sudut 180°. Berapakah pergeseran panjang gelombangnya? (Gunakan konstanta Compton = 0,002426 nm)
A. 0 nm
B. 0,002426 nm
C. 0,004852 nm
D. 0,001213 nm
17. 17. Jika foton terhambur pada sudut 60°, maka nilai (1 – cos θ) dalam rumus pergeseran Compton adalah…
A. 0,5
B. 1
C. 1,5
D. 2
18. 18. Untuk Efek Compton terjadi, elektron harus dianggap…
A. Terikat kuat pada atom
B. Bergerak dengan kecepatan tinggi
C. Diam dan bebas
D. Memiliki massa nol
19. 19. Satuan dari konstanta Planck (h) adalah…
A. Joule (J)
B. Joule per detik (J/s)
C. Joule detik (J·s)
D. Watt (W)
20. 20. Sebuah foton sinar-X memiliki energi 50 keV. Setelah hamburan Compton, energinya menjadi 40 keV. Berapakah energi kinetik elektron terpental?
A. 10 keV
B. 40 keV
C. 50 keV
D. 90 keV
Isian Singkat
1. 1. Pergeseran Compton (Δλ) dapat dihitung dengan rumus Δλ = h/(mₑc)(1 – cos θ). Apa kepanjangan dari ‘mₑ’ dalam rumus tersebut?
2. 2. Jika foton terhambur pada sudut 180°, pergeseran panjang gelombang Compton akan mencapai nilai __________.
3. 3. Apa nama partikel yang berinteraksi dengan foton dalam Efek Compton?
4. 4. Dalam Efek Compton, apa yang terjadi pada energi foton setelah terhambur?
5. 5. Sebutkan salah satu hukum kekekalan yang berlaku dalam Efek Compton.
Uraian
1. 1. Jelaskan secara singkat apa itu Efek Compton dan mengapa penemuannya sangat penting dalam perkembangan fisika kuantum.
2. 2. Tuliskan rumus pergeseran Compton dan jelaskan makna fisis dari setiap variabel yang terlibat di dalamnya.
3. 3. Sebuah foton sinar-X dengan panjang gelombang 0,05 nm mengalami hamburan Compton oleh elektron bebas. Hitunglah panjang gelombang foton setelah terhambur jika sudut hamburan adalah 60°. (Gunakan h = 6.626 × 10⁻³⁴ J·s, mₑ = 9.109 × 10⁻³¹ kg, c = 3.00 × 10⁸ m/s).
4. 4. Mengapa Efek Compton tidak signifikan atau sulit diamati pada interaksi cahaya tampak dengan materi?
5. 5. Jelaskan bagaimana Efek Compton mendukung teori kuantisasi energi dan momentum foton.
Mencocokkan
1. Cocokkan istilah di kolom kiri dengan definisi yang tepat di kolom kanan:
1. Foton
2. Elektron
3. Pergeseran Compton
4. Konstanta Planck
A. Partikel fundamental pembawa muatan negatif.
B. Partikel fundamental cahaya tanpa massa diam.
C. Perubahan panjang gelombang foton setelah hamburan.
D. Konstanta yang menghubungkan energi foton dengan frekuensinya.
2. Cocokkan variabel rumus Efek Compton dengan makna fisisnya:
1. h
2. mₑ
3. c
4. θ
A. Kecepatan cahaya
B. Sudut hamburan foton
C. Massa diam elektron
D. Konstanta Planck
Kunci Jawaban dan Pembahasan
Pilihan Ganda
1. B
Pembahasan: Efek Compton adalah fenomena di mana foton berinteraksi dengan elektron bebas, menyebabkan foton terhambur dengan panjang gelombang yang lebih panjang (energi lebih rendah) dan elektron terpental.
2. C
Pembahasan: Setelah mengalami hamburan Compton, foton kehilangan sebagian energinya, yang berarti panjang gelombangnya bertambah sesuai dengan hubungan E = hc/λ.
3. D
Pembahasan: Pergeseran Compton (Δλ = h/(mₑc)(1 – cos θ)) hanya bergantung pada konstanta Planck (h), massa diam elektron (mₑ), kecepatan cahaya (c), dan sudut hamburan (θ). Intensitas foton datang tidak memengaruhi besarnya pergeseran panjang gelombang untuk setiap foton.
4. D
Pembahasan: Pergeseran Compton maksimum terjadi ketika cos θ bernilai minimum, yaitu -1 (untuk θ = 180°). Pada sudut ini, 1 – cos θ = 1 – (-1) = 2, sehingga Δλ maksimum = 2h/(mₑc).
5. A
Pembahasan: Nilai konstanta Compton untuk elektron (λc = h/(mₑc)) adalah sekitar 2.426 × 10⁻¹² m atau 0.002426 nm.
6. C
Pembahasan: Efek Compton adalah peristiwa tumbukan elastis antara foton dan elektron, sehingga berlaku hukum kekekalan energi dan hukum kekekalan momentum.
7. B
Pembahasan: Jika θ = 90°, maka cos θ = cos 90° = 0. Jadi, 1 – cos θ = 1 – 0 = 1.
8. A
Pembahasan: Pergeseran panjang gelombang bernilai nol ketika 1 – cos θ = 0, yang terjadi saat cos θ = 1, yaitu pada θ = 0°. Ini berarti foton tidak terhambur atau bergerak lurus tanpa kehilangan energi.
9. C
Pembahasan: Energi kinetik elektron yang terpental adalah sebagian dari energi yang hilang oleh foton setelah tumbukan. Ini adalah konsekuensi dari kekekalan energi.
10. C
Pembahasan: Efek Compton menjadi signifikan ketika energi foton sebanding atau lebih besar dari energi diam elektron (mₑc²). Sinar-X dan sinar gamma memiliki energi yang cukup tinggi untuk ini, sedangkan foton cahaya tampak memiliki energi yang jauh lebih kecil, sehingga pergeseran panjang gelombangnya relatif sangat kecil dan sulit dideteksi.
11. C
Pembahasan: Dalam Efek Compton, foton kehilangan sebagian energinya, sehingga panjang gelombangnya bertambah. Jadi, panjang gelombang setelah hamburan (λ’) akan lebih besar dari panjang gelombang awal (λ₀).
12. B
Pembahasan: Berdasarkan hukum kekekalan energi, energi yang hilang oleh foton (E₀ – E’) diubah menjadi energi kinetik elektron yang terpental (Eₖ).
13. A
Pembahasan: Untuk foton, momentum (p) terkait dengan energi (E) dan kecepatan cahaya (c) melalui rumus p = E/c. Karena E = hc/λ, maka p = h/λ.
14. C
Pembahasan: Arthur Compton adalah fisikawan Amerika yang menjelaskan efek hamburan sinar-X oleh elektron pada tahun 1923, yang kemudian dikenal sebagai Efek Compton.
15. C
Pembahasan: Efek Compton memberikan bukti eksperimental yang kuat untuk sifat partikel cahaya (foton), melengkapi bukti sifat gelombang cahaya. Ini memperkuat konsep dualisme gelombang-partikel cahaya.
16. C
Pembahasan: Pergeseran Compton Δλ = (h/mₑc)(1 – cos θ). Untuk θ = 180°, cos θ = -1, sehingga (1 – cos θ) = 2. Jadi, Δλ = 2 × (h/mₑc) = 2 × 0,002426 nm = 0,004852 nm.
17. A
Pembahasan: Jika θ = 60°, maka cos θ = cos 60° = 0,5. Jadi, 1 – cos θ = 1 – 0,5 = 0,5.
18. C
Pembahasan: Dalam model Efek Compton, elektron diasumsikan diam dan bebas agar dapat terpental setelah tumbukan dengan foton, dan energi yang diserapnya sepenuhnya menjadi energi kinetik.
19. C
Pembahasan: Konstanta Planck (h) memiliki satuan energi × waktu, yaitu Joule detik (J·s).
20. A
Pembahasan: Berdasarkan kekekalan energi, energi kinetik elektron terpental adalah selisih energi foton sebelum dan sesudah hamburan: Eₖ = E₀ – E’ = 50 keV – 40 keV = 10 keV.
Isian Singkat
1. Massa diam elektron
2. Maksimum
3. Elektron
4. Berkurang
5. Kekekalan energi atau Kekekalan momentum
Uraian
1. Efek Compton adalah fenomena di mana foton (biasanya sinar-X atau sinar gamma) bertumbukan dengan elektron bebas yang diam, menyebabkan foton terhambur dengan panjang gelombang yang lebih panjang (kehilangan energi) dan elektron terpental. Penemuan ini sangat penting karena memberikan bukti eksperimental yang kuat tentang sifat partikel cahaya (foton), melengkapi bukti sifat gelombang cahaya, sehingga memperkuat konsep dualisme gelombang-partikel cahaya dan menjadi salah satu pilar utama fisika kuantum.
2. Rumus pergeseran Compton adalah Δλ = h/(mₑc)(1 – cos θ).
– Δλ: Pergeseran panjang gelombang foton (panjang gelombang setelah hamburan dikurangi panjang gelombang sebelum hamburan), dalam meter.
– h: Konstanta Planck, menunjukkan kuantisasi energi dan momentum (sekitar 6.626 × 10⁻³⁴ J·s).
– mₑ: Massa diam elektron, massa partikel yang dihamburkan (sekitar 9.109 × 10⁻³¹ kg).
– c: Kecepatan cahaya dalam vakum (sekitar 3.00 × 10⁸ m/s).
– θ: Sudut hamburan foton, sudut antara arah foton datang dan foton terhambur.
3. Diketahui: λ₀ = 0,05 nm = 5 × 10⁻¹¹ m, θ = 60°.
Konstanta Compton (h/(mₑc)) = 6.626 × 10⁻³⁴ J·s / (9.109 × 10⁻³¹ kg × 3.00 × 10⁸ m/s) ≈ 2.426 × 10⁻¹² m.
Pergeseran Compton: Δλ = (h/(mₑc))(1 – cos θ) = (2.426 × 10⁻¹² m)(1 – cos 60°) = (2.426 × 10⁻¹² m)(1 – 0,5) = (2.426 × 10⁻¹² m)(0,5) = 1.213 × 10⁻¹² m.
Panjang gelombang setelah terhambur: λ’ = λ₀ + Δλ = 5 × 10⁻¹¹ m + 1.213 × 10⁻¹² m = 50 × 10⁻¹² m + 1.213 × 10⁻¹² m = 51.213 × 10⁻¹² m = 0,051213 nm.
4. Efek Compton tidak signifikan pada interaksi cahaya tampak dengan materi karena energi foton cahaya tampak jauh lebih kecil dibandingkan energi diam elektron (mₑc² ≈ 0,511 MeV). Pergeseran panjang gelombang (Δλ) yang terjadi sangat kecil dibandingkan dengan panjang gelombang awal cahaya tampak itu sendiri. Akibatnya, perubahan panjang gelombang sangat sulit dideteksi atau diukur secara eksperimental, membuat efeknya tidak terlihat menonjol seperti pada sinar-X atau sinar gamma yang memiliki energi foton jauh lebih tinggi.
5. Efek Compton memberikan bukti langsung bahwa foton memiliki energi diskrit (E = hf) dan momentum (p = h/λ) yang terkuantisasi, serta berperilaku seperti partikel dalam tumbukan. Dalam tumbukan dengan elektron, foton tidak hanya berpindah arah tetapi juga kehilangan sebagian energinya secara diskrit, yang kemudian diterima oleh elektron sebagai energi kinetik. Jika cahaya hanya gelombang, maka energi akan diserap secara kontinu oleh elektron, dan tidak akan ada pergeseran panjang gelombang yang teramati. Pengamatan pergeseran panjang gelombang yang bergantung pada sudut hamburan hanya dapat dijelaskan dengan menganggap foton sebagai partikel yang bertukar energi dan momentum secara diskrit, sesuai dengan hukum kekekalan energi dan momentum untuk tumbukan partikel.
Mencocokkan
1. 1-B, 2-A, 3-C, 4-D
2. 1-D, 2-C, 3-A, 4-B