Buatlah makalah dengan tema penerapan efek foto listrik, efek Compton, dan sinar X dalam berbagai produk teknologi
@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 26
E. Latihan Soal
Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat !
1. Perhatikan pernyataan yang berhubungan dengan peristiwa efek fotolistrik berikut!
(1) Intensitas cahaya yang disinarkan ke logam mempengaruhi laju keluarnya elektron dari permukaan logam.
(2) Energi kinetik elektron yang keluar dari permukaan logam tergantung pada foton cahaya.
(3) Keluarnya elektron dari permukaan logam tidak tergantung pada jenis logam.
(4) Dengan mengatur intensitas cahaya, elektron akan keluar dari permukaan logam walaupun frekuensi cahaya lebih kecil dari pada frekuensi ambang logam.
(5) Jumlah elektron yang keluar dapat ditingkatkan dengan menaikkan panjang gelombang cahaya.
Pernyataan yang benar adalah….
A. (2) saja mula-mula diam. Sinar terhambur hingga panjang gelombangnya menjadi λ’, dan elektron terpental dengan energi E.
Pernyataan berikut yang benar adalah….
A. λ’ – λ nilainya semakin kecil nilainya ketika θ makin besar.
B. Energi elektron terhambur adalah E= hc (’ – ), dengan h= konstanta Planck.
C. Perubahan panjang gelombang foton maksimum adalah ∆ = h/moc.
D. Elektron menyerap seluruh energi foton sinar yang menumbuknya
E. Elektron terhambur memiliki energi paling besar saat sinar yang mengenai elektron berbalik arah
3. Grafik berikut menjelaskan tentang fenomena efek fotolistrik.
1) a= frekuensi cahaya minimum yang digunakan= 2,9 1014 Hz 2) Energi minimal untuk melepaskan elektron 1,92 x 10-19 J 3) b= frekuensi cahaya digunakan= 8 1014 Hz
@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 27
4) Jika b > 8 1014 Hz, jumlah foto-elektron semakin banyak Pernyataan yang benar adalah….
A. 1) saja B. 1) dan 3) C. 2) dan 4) D. 1), 2), dan 3) E. 1), 2), 3), dan 4)
4. Perhatikan pernyataan tentang peristiwa fotolistrik berikut!
1) Energi foton diberikan pada elektron digunakan untuk melepaskan diri dari logam dan sisanya menjadi energi kinetik elektron foto.
2) Foton lenyap dan seluruh energinya diberikan pada electron.
3) Makin besar intensitas foton makin besar energi kinetik elektron foto.
4) Kecepatan elektron foto akan meningkat dengan memperbesar frekuensi cahaya.
Pernyataan yang benar adalah….
A. 1) dan 3) B. 1) dan 4) C. 2) dan 3) D. 2) dan 4) E. 3) dan 4)
5. Perhatikan pernyataan berikut !
1. Elektron dapat keluar dari logam saat permukaan logam disinari gelombang elektromagnetik
2. Lepas tidaknya elektron dari logam ditentukan oleh frekuensi cahaya yang datang
3. Fungsi kerja untuk setiap logam tidak sama
Pernyataan yang benar berkaitan dengan efek fotolistrik adalah ....
A. (1) saja B. (3) saja C. (1) dan (2) D. (1) dan (3) E. (1), (2), dan (3)
6. Perhatikan pernyataan yang berhubungan dengan peristiwa efek fotolistrik berikut!
(1) Intensitas cahaya yang disinarkan ke logam mempengaruhi laju keluarnya elektron dari permukaan logam.
(2) Energi kinetik elektron yang keluar dari permukaan logam tergantung pada foton cahaya.
(3) Keluarnya elektron dari permukaan logam tidak tergantung pada jenis logam.
(4) Dengan mengatur intensitas cahaya, elektron akan keluar dari permukaan logam walaupun frekuensi cahaya lebih kecil dari pada frekuensi ambang logam.
(5) Jumlah elektron yang keluar dapat ditingkatkan dengan menaikkan panjang gelombang cahaya.
Pernyataan yang benar adalah….
A. (2) saja B. (2) dan (3) C. (4) dan (5)
@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 28
D. (1), (2) dan (3) E. (1), (4) dan (5)
7. Bola lampu mempunyai spesifikasi 132 W/220 V, ketika dinyalakan pada sumber tegangan 110 V memancarkan cahaya dengan panjang gelombang 628 nm. Bila lampu meradiasikan secara seragam ke segala arah, maka jumlah foton yang tiba persatuan waktu persatuan luas di tempat yang berjarak 2,5 m dari lampu adalah ….(h =6,6 × 10-34 J.s)
8. Permukaan suatu lempeng logam tertentu disinari dengan cahaya monokromatis. Percoban ini diulang dengan Panjang gelombang cahaya yang berbeda. Ternyata, tidak ada elektron yang keluar jika lempeng disinari dengan panjang gelombang di atas 500 nm. Dengan menggunakan panjang gelombang tertentu 𝜆, ternyata dibutuhkan tegangan 3,1 volt untuk menghentikan arus fotolistrik yang terpancar dari lempeng. Panjang gelombang 𝜆 tersebut adalah .... diam. Setelah bertumbukan foton dihamburkan dengan sudut 120o terhadap arah semula. Panjang gelombang foton setelah bertumbukan adalah ....
A. 0,4000 nm B. 0,4006 nm C. 0,4036 nm D. 0,4460 nm E. 0,7600 nm
10. Permukaan suatu logam disinari cahaya yang panjang gelombangnya 300 nm.
Jika kecepatan cahaya 3 x 108 m/s, tetapan Plank 6,63 x 10-34 Js dan fungsi kerja logam itu 3,2 x 10-19 J, maka besarnya energi kinetik maksimum elektron yang dipancarkan adalah ....
A. 6,63 x 10-15 J B. 3,43 x 10-19 J C. 2,43 x 10-19 J D. 3,20 x 10-19 J E. 3,20 x 10-34 J
@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 29
F. Penilaian Diri
Jawablah pertanyaan di bawah ini dengan jujur, sesuai dengan kemampuan kalian. Cara menjawabnya adalah dengan memberikan centang (√) di kolom yang disediakan.
No Pernyataan Ya Tidak Keterangan
1 Saya mampu menganalisis secara kualitatif terjadinya efek foto listrik 2 Saya mampu menganalisis secara kualitatif terjadinya efek Compton 3 Saya mampu menjelaskan teori
kuantum cahaya Einstein 4 Saya mampu menjelaskan sifat
partikel dari foton cahaya Keterangan:
Apabila kalian menjawab pernyataan jawaban Ya, berarti telah memahami dan menerapkan semua materi. Bagi yang menjawab tidak silahkan mengulang materi yang terkait.
@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 30
EVALUASI
A. Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat !
1. Energi yang diradiasikan tiap sekon oleh benda hitam pada suhu 27 C adalah 324 joule/sekon. Jika benda hitam tersebut dipanaskan sehingga suhunya menjadi 227 C, maka energi yang diradiasikan tiap sekon adalah ….
A. 3000 J/s B. 2500 J/s C. 1250 J/s D. 900 J/s E. 540 J/s
2. Sebuah benda hitam bersuhu 127 C. jika konstanta Wien 2,9 x 10-3 m.K, maka panjang gelombang radiasi benda tersebut saat intensitasnya maksimum adalah …. panjang gelombang maksimum sebesar ….
A. 12,4 m gelombang 3300 Å konstanta Planck 6,6 x 10-34 Js dan kecepatan cahaya 3 x 108 m/s. adalah …
5. Lampu 33 watt memancarkan cahaya dengan frekuensi 2,5 x 1014 Hz. Jika lampu tersebut dinyalakan dalam 0,5 menit, menurut teori Planck jumlah foton yang dipancarkan lampu adalah ….( h= 6,6 x 10-34 Js)
6. Berdasarkan percobaan Compton dapat disimpulkan ….
(1) setelah cahaya bertumbukan dengan elektron panjang gelombangnya bertambah
@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 31
(2) perubahan panjang gelombang cahaya terbesar memiliki harga 𝛥𝜆 = 2ℎ
𝑚𝑜𝑐
(3) cahaya berprilaku seperti partikel
(4) sebagian energi cahaya (foton) terserap oleh elektron Pernyataan yang benar adalah…
A. (2) dan (4) B. (3) dan (4) C. (1), (2), dan (3) D. (2), (3), dan (4) E. (1), (2), (3), dan (4)
7. Grafik berikut menjelaskan tentang fenomena efek fotolistrik.
Perhatikan pernyataan berikut:
(1) energi kinetik fotoelektron yang terpancar besarnya antara 0 – 5,6 eV (2) energi minimal untuk melepaskan elektron 1,6 eV
(3) panjang gelombang cahaya maksimum yang digunakan sekitar 7700 Ao (4) Ketika energi kinetic elektronfoto 4,0 eV, cahaya yang digunakan berfrekuensi kira-kira 1,36 x 1015 Hz,
Pernyataan yang benar adalah….
A. (1) dan (3) B. (2) dan (4) C. (1), (2), dan (3) D. (2), (3), dan (4) E. (2) saja
8. Sebuah elektron yang dipercepat melalui beda potensial 100 volt mempunyai laju v =5,93 x 106 m/s. Jika massa elektron 9,11 x 10-31 kg dan h = 6,626 x 10-34 J.s, panjanggelombang de Broglie elektron tersebut adalah ….
A. 1,23 x 10-10 m disinari dengan cahaya yang memiliki foton tertentu.
(1) Supaya terjadi efek fotolistrik cahaya yang digunakan harus lebih dari 8 x 1014 Hz berapapun intensitasnya.
(2) Supaya terjadi efek fotolistrik cahaya yang digunakan bisa kurang dari 8 x 1014 Hz asal intensitasnya tinggi.
EK (eV)
@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 32
(3) Saat frekuensi cahaya telah memenuhi terjadinya efek fotolistrik, jumlah elektron foto akan semakin banyak jika intensitas cahaya dinaikkan.
(4) Saat frekuensi cahaya telah memenuhi terjadinya efek fotolistrik, Energi kinetik elektron foto akan semakin besar jika intensitas cahaya dinaikkan.
Pernyataan yang benar adalah….
A. (1) dan (2) dengan elektron bebas bermassa mo yang mula-mula diam. Setelah tumbukan, elektron akan bergerak dan foton akan dihamburkan dengan sudut tertentu dan panjang gelombangnya menjadi B.
Perhatikan pernyataan berikut berkaitan dengan peristiwa terseut di atas:
(1) Perubahan panjang gelombang foton maksimum terjadi saat foton berbalik arah.
(2) Energi elektron terhambur adalah E= hc(1/A – 1/B), dengan h=
konstanta Planck.
(3) Perubahan panjang gelombang foton maksimum adalah ∆ = 2h/moc.
(4) Elektron menyerap seluruh energi foton sinar –X.
Pernyataan yang benar adalah….
A. (1), (2), dan (3) B. (1) dan (3) C. (2) dan (4) D (4) saja
E. (1), (2), (3), dan (4)
11. Suatu logam kalium disinari cahaya ultraviolet dengan panjang gelombang 2500 Ao. Jika fungsi kerja kalium 2,21 eV, konstanta Planck 6,63 10−34 Js, kecepatan cahaya 3 108 m/s, dan 1 eV = 1,6 1019 J, maka energi kinetik elektron yang dipancarkan adalah ....
A. 4,42 eV disinari dengan cahaya berfrekuensi f, maka elektron yang keluar katode berkecepatan maksimum vmaks dan potensial penghenti yang diperlukan agar arus listrik menjadi nol adalah V0. Jarak anode katode d, massa elektron m, dan muatan elektron e. Perhatikan pernyataan hubungan antara besaran-besaran di atas berikut ini:
(1) e.V0 = 1
2𝑚𝑣𝑚𝑎𝑘𝑠2
(2) besarnya perlambatan elektron 𝑣𝑚𝑎𝑘𝑠2 (3) f = 𝑒ℎV0 – f0 2𝑑
(4) Kuat medan listrik yang memperlambat E = 𝑉𝑑0 Pernyataan yang benar adalah….
@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 33 konstanta Planck = 6,6 10−34 Js, maka panjang gelombang elektron tersebut adalah .... kostanta Planck 6,6 x 10-34 Js, foton cahaya lampu tersebut memiliki momentum sebesar ….
15. Pada efek Compton, foton yang menumbuk elektron mengalami perubahan panjang gelombang sebesar ℎ
2𝑚0𝑐, dengan h = tetapan Planck, m0 = massa diam elektron, dan c = kecepatan foton. Besar sudut hamburan yang dialami foton tersebut adalah ….
1. Berapakah panjang gelombang elektromagnetik yang diradiasikan besi bersuhu 307 0C saat intensitasnya maksimum (konstanta pergeseran Wien 2,9 x 10-3 mK) 2. Daya rata rata yang dihasilkan oleh matahari ialah 3,96 x 1026 W. Dengan asumsi bahwa rata rata panjang gelombang yang dipancarkan matahari ialah 500 nm, tentukanlah jumlah foton yang dipancarkan matahari dalam satu detik! (h=6,6 x 10-34 Js)
3. Grafik berikut menunjukkan hubungan energi kinetik elektron foto dengan frekuensi cahaya yang digunakan untuk menyinari logam pada percobaan efek fotolistrik.
@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 34
Dari grafik diatas hitung harga fc!
4. Elektron bermassa 9,1 x 10 -31 kg dan konstanta Plack 6,63 x 10-34 Js. Harus bergerak dengan kecepatan berapakah elektron supaya memiliki sifat gelombang dengan panjang gelombang 6630 A0
5. Sinar-X dengan frekuensi 3 x1019 Hz menumbuk elektron berilium yang mula-mula diam. Ternyata sinar terhambur dengan sudut 600. Jika massa elektron 9 x 10-31 kg dan h=6,63 x 10-34 Js, hitung:
a. frekuensi sinar-X setelah terhambur
b. energi kinetik elektron setelah tertumbuk sinar-X
f (Hz) -3,7
Ek (eV)
4
fc
@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 35
KUNCI JAWABAN DAN PEMBAHASAN EVALUASI
@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 36
DAFTAR PUSTAKA
Sutarno, et al. (2017). Radiasi Benda Hitam dan Efek Fotolistrik Sebagai Konsep Kunci Revolusi Saintifik dalam Perkembangan Teori Kuantum Cahaya. Titian Ilmu: Jurnal Ilmiah Multi Sciences Vol. IX No. 2 Halaman: 51 – 58, 2017 Yossi A, (2017). Pendalaman Materi Fisika: Mekanika Kuantum. Jurdik Fisika UNY Abdullah Sani R, & Kadri, Muhammad. (2017). Fisika Kuantum. Jakarta: Bumi
Aksara
Kanginan, Marthen. (2017). Fisika Untuk SMA/MA Kelas XII. Jakarta: Erlangga Halliday, David. Resnick, Robert. (1996). Fisika. Jilid 1 &2 (terjemahan). Edisi
ketiga. Jakarta: Erlangga