RENCANA PELAKSANAAN PEMBELAJARAN Mata Pelajaran : Fisika
Kelas/Semester : XI/Satu :
Materi Pokok : Listrik Arus Bolak Balik (AC) Alokasi Waktu : 6 x 45 menit
SMK/MAK :
I. Kompetensi Inti
KI 1 : Menghayati dan mengamalkan ajaran agama yang dianutnya.
KI 2 : Mengembangkan perilaku (jujur, disiplin, tanggungjawab, peduli, santun, ramah lingkungan, gotong royong, kerjasama, cinta damai, responsif dan pro-aktif) dan menunjukan sikap sebagai bagian dari solusi atas berbagai permasalahan bangsa dalam berinteraksi secara efektif dengan lingkungan sosial dan alam serta dalam
menempatkan diri sebagai cerminan bangsa dalam pergaulan dunia.
KI 3 : Memahami dan menerapkan pengetahuan faktual, konseptual, prosedural dalam ilmu pengetahuan, teknologi, seni, budaya, dan humaniora dengan wawasan
kemanusiaan, kebangsaan, kenegaraan, dan peradaban terkait fenomena dan kejadian, serta menerapkan pengetahuan prosedural pada bidang kajian yang spesifik sesuai dengan bakat dan minatnya untuk memecahkan masalah.
KI 4 : Mengolah, menalar, dan menyaji dalam ranah konkret dan ranah abstrak terkait dengan pengembangan dari yang dipelajarinya di sekolah secara mandiri, dan mampu
menggunakan metoda sesuai kaidah keilmuan. II. Kompetensi Dasar
1. Menerapkan hukum kelistrikan arus bolak-balik
2. Menganalisis hubungan antara tegangan, impedansi dan kuat arus pada listrik bolak-balik
3. Menyajikan hasil analisis yang berkaitan dengan daya dan energy arus bolak-balik. III. Indikator
1. Kognitif a. Produk
1) Memahami pengertian arus listrik dan tegangan sinusoidal. 2) Menyelidiki nilai efektif dan nilai rata-rata.
3) Memahami inductor dan kapasitor pada rangkaian AC 4) Memahami sifat rangkaian RLC pada arus bolak-balik
b. Proses
1) Menganalisis nilai efektif dan nilai maksimum dari tegangan dan arus bolak-balik yang terbaca dari grafik pada osiloskop.
2) Menganalisis data percobaan tegangan dan arus bolak balik, nilai efektif dan maksimum tagangan dan arus bolak-balik, dan rangkaian RLC
2. Psikomotor
1) Melakukan percobaan membuat rangkaian RLC pada arus bolak-balik. 2) Afektif
a. Karakter: Berpikir kreatif, kritis, dan logis; bekerja dengan teliti, jujur, dan berperilaku santun, tanpa merasa terbebani
b. Keterampilan sosial: menyampaikan pendapat, menjadi pendengar yang baik,menanggapi pendapat orang lain, dan menghargai pendapat orang lain
IV. Tujuan Pembelajaran
Setelah proses mencari informasi, bertanya, berdiskusi, dan melaksanakan percobaan siswa dapat:
1. Memahami arus listrik dan tegangan sinusoidal. 2. Membandingkan nilai efektif dan nilai rata-rata.
3. Membedakan inductor dan kapasitor pada rangkain AC. 4. Membuat rangkain RLC
5. Menghitung daya pada rangkain AC.
V. Materi Ajar
Nilai Efektif dan Maksimum
Arus listrik bolak - balik adalah arus listrik yang memiliki nilai sesaatnya berubah-ubah dari nilai negatif hingga positif. Nilai negatif inilah yang menunjukkan arah yang terbalik. Nilai yang sesuai dengan keadaan ini yang paling banyak digunakan adalah fungsi sinus. Kuat arus dan tegangan arus bolak-balik yang memenuhi fungsi sinus ini dapat dirumuskan sebagai berikut.
i = Im sin ω t v = Vm sin ω t
Nilai yang termuat pada persamaan itu adalah nilai maksimum. Tetapi jika diukur dengan alat ukur ternyata memiliki nilai tersendiri. Nilai inilah yang terpakai dalam kerja komponen listrik dan dinamakan nilai efektif. Hubungan nilai maksimum dan nilai efektif ini memenuhi
Sifat-sifat Resistor, Induktor dan Kapasitor
Resistor, induktor dan kapasitor saat dilalui arus bolak-balik akan memiliki sifat-sifat yang berbeda. Sifatsifat itu dapat dijelaskan sebagai berikut.
Resistor
Jika sebuah resistor dialiri arus bolak-balik ternyata arus dan tegangannya tetap sefase (ϕ=0). Nilai hambatannya tetap dan sering disebut reaktansi resistif. Sifat ini sama saja saat resistor dialiri arus searah (arus DC).
Sebuah induktor dialiri arus bolak-balik tenyata memiliki sifat yang berbeda dengan resistor. Arus bolakbalik yang melewati induktor akan ketinggalan fase π (90°) terhadap
tegangannya. Atau sering dikatakan tegangannyanmendahului arus 90O ( ϕ = + 90°).
Jika induktor dihubungkan arus searah memiliki hambatan yang hampir nol, ternyata saat dialiri arus AC akan timbul hambatan yang dinamakan reaktansi induktif. Besarnya memenuhi persamaan berikut.
XL = ω L
Keterangan : XL = reaktansi induktif (Ω)
ω = frekuensi sudut (rad/s) L = induktansi inductor (H) Kapasitor
Ternyata kapasitor yang dialiri arus bolak-balik tenyata juga memiliki sifat yang berbeda dengan resistor dan induktor. Arus bolak-balik yang melewati induktor akan mendahului fase π (90O) terhadap tegangannya. Atau sering dikatakan tegangannya ketinggalan arus 90O
( ϕ = - 90O).
Jika kapasitor dihubungkan arus searah memiliki hambatan tak hingga, ternyata saat dialiri arus AC akan timbul hambatan yang dinamakan reaktansi kapasitif. Besarnya memenuhi persamaan berikut.
Pada rangkaian seri yaitu rangkaian RLC seri yang dialiri arus bolak-balik. Sifat rangkaian RLC seri adalah arus yang melintasi R, L dan C akan sama. Sama disini berarti nilainya sama dan fasenya juga sama. Sedangkan untuk tegangannya berbeda yang berarti berbeda fase dan nilainya. Perhatikan rangkaian RLC seri pada gambar di bawah ini.
Jika pada rangkaian di aliri arus bolak-balik maka arus dan tegangan tiap-tiap komponennya dapat dituliskan sebagai berikut. Ingat sifat tiap komponennya.
i = Im sin ωt
VR = VRm sin ωt
Vm = VLm sin(ωt + 90o)
VC = VCm sin(ωt - 90o)
Untuk menentukan hubungan tiap-tiap besaran ini dapat digunakan analisa vektor dengan fase sebagai arahnya.
fasor tegangan dan arus fasor hambatan dan arus Untuk tegangannya dapat diwakili reaktansinya. Dari diagram fasor itu dapat berlaku hubungan matematis seperti berikut.
Jika dihubungkan dengan hukum Ohm maka dari persamaan di atas dapat di bagi dengan kuat arus kuadratnya sehingga diperoleh hambatan pengganti. Hambatan pengganti pada rangkaian AC ini dinamakan impedansi
Keadaan Resonansi
Coba kalian perhatikan kembali nilai tg ϕ. Saat nilai tg ϕ = 0 itulah dinamakan terjadi keadaan resonansi. Keadaan ini bisa terjadi jika memenuhi :
VL = VC
XL = XC
Z = R
Akan memiliki frekuensi resonansi sebesar :
r
Pada saat dialiri arus bolak-balik, komponen-komponen listrik akan menyerap energi dengan daya yang diserap memenuhi persamaan berikut.
P = Vef . Ief . cos ϕ
cos ϕ disebut dengan factor daya. Nilai cos ϕ dapat ditentukan dari diagram fasor.
Metode Pembelajaran
1. Pendekatan : Discovery Learning
2. Model : - Direct Instructional (DI) - Cooperative Learning (CL) 3. Metode : - Diskusi kelompok
- Eksperimen IV. Alat/Media/Bahan
Bahan ajar : buku pegangan Fisika Bidang keahlian Teknologi dan Rekayasa untuk SMK/MAK kelas XI, lembar kerja siswa.
Pertemuan Pertama (2x45menit)
Rincian Kegiatan Waktu Pendahuluan
Memberi Salam
Mengecek kehadiran siswa Memberikan motivasi / apersepsi Menyampaikan tujuan pembelajaran
10 menit
Kegiatan Inti 70 Menit
Mengamati
Siswa dibagi dalam 5 kelompok
Melakukan studi pustaka untuk mencari informasi tentang arus bolak-balik
Melakukan studi pustaka untuk mencari informasi tentang karakteristik alat ukur arus bolak-balik dan menuliskan ke dalam tabel pengamatan yang memuat nama alat dan prinsip kerja alat tersebut.
Menanya
Membimbing kelompok untuk menentukan arus listrik searah dan bolak-balik.
Membimbing kelompok untuk menemukan nilai efektif dan nilai rata-rata.
Mengeksplorasi
Melakukan percobaan untuk mengukur tegangan dan arus bolak-balik dengan menggunakan osiloskop.
Melakukan percobaan untuk mengukur nilai efektif dan nilai maksimum dari tegangan dan arus bolak-balik yang terbaca dari grafik pada osiloskop.
Menyusun presentasi dalam bentuk power point
Mengasosiasi Perwakilan dari lima kelompok mempresentasikan hasil diskusi
Tiap kelompok menganalisis nilai efektif dan nilai maksimum dari tegangan dan arus bolak-balik yang terbaca dari grafik pada osiloskop
Masing-masing siswa diberikan latihan soal terkait kasus medan magnet di sekitar kawat berarus.
Rincian Kegiatan Waktu
Mengomunikasikan
Perwakilan kelompok mempresentasikan jawaban atas masalah pada latihan soal kepada kelompok yang lain
Kelompok dapat menyelesaikan beberapa masalah pada latihan soal berupa tulisan Setiap kelompok menyajikan kesimmpulan
dari hasil pengamatan danpercobaan. Penutup
Bersama siswa menyimpulkan apa yang telah dilakukan
Memberikan tugas baca tentang rangkaian seri RLC 10 menit
Pertemuan Kedua (2x45menit)
Rincian Kegiatan Waktu Pendahuluan
Memberi Salam
Mengecek kehadiran siswa Memberikan motivasi / apersepsi Menyampaikan tujuan pembelajaran
10 menit
Kegiatan Inti
70 Menit Mengamati
Siswa dibagi dalam 5 kelompok
Melakukan studi pustaka untuk mencari informasi tentang induktor dan kapasitor Melakukan studi pustaka untuk mencari
informasi tentang impedansi.
Menanya
Membimbing kelompok untuk menentukan nilai reaktansi induktif dan nilai reaktansi kapasitif
Membimbing kelompok untuk menentukan besarnya impedansi dan sudut fase pada rangkaian RLC.
Mengeksplorasi
Melakukan percobaan untuk membuat rangkaian seri RLC pada arus bolak-balik. Mengamati faktor-faktor fisik yang menjadi
variabel pada rangkaian tersebut.
Menyusun presentasi dalam bentuk power point
Mengasosiasi
Perwakilan dari lima kelompok mempresentasikan hasil diskusi
Masing-masing kelompok diberikan latihan soal
Kelompok mendiskusikan pemecahan masalah
Mengomunikasikan
Kelompok dapat menyelesaikan beberapa masalah pada latihan soal berupa tulisan Perwakilan kelompok mempresentasikan
jawaban atas masalah pada latihan soal kepada kelompok yang lain
Penutup
PENILAIAN
Teknik dan Bentuk Instrumen
Teknik Bentuk Instrumen
Pengamatan Sikap Lembar Pengamatan Sikap Tes Kinerja Rubrik penilaian kinerja
Tes Tertulis Tes Uraian
Portofolio Panduan Penyusunan Portofolio
Penilaian
1. Mekanisme dan prosedur
Penilaian dilakukan dari proses dan hasil. Penilaian proses dilakukan melalui observasi kerja kelompok, kinerja presentasi, dan laporan tertulis. Sedangkan penilaian hasil dilakukan melalui tes tertulis.
2. Aspek dan Instrumen penilaian
- Instrumen observasi menggunakan lembar pengamatan dengan fokus utama pada aktivitas dalam kelompok, kedisiplinan, dan kerjasama.
- Instrumen kinerja presentasi menggunakan lembar pengamatan dengan fokus utama pada aktivitas peran serta, kualitas visual dan isi presentasi
- Instrumen laporan praktik menggunakan rubrik penilaian dengan fokus utama pada kualitas visual, sistematika sajian data, kejujuran, dan jawaban pertanyaan.
- Instrumen tes menggunakan tes tertulis uraian dan/atau pilihan ganda 3. Contoh Instrumen (Terlampir)
Sumber/Referensi
Buku Pegangan Kurikulum 2013 Fisika Jilid 1
LEMBAR KERJA SISWA 1
Tujuan
Mempelajari sifat rangkaian seri RLC pada arus bolak-balik. Alat dan Bahan
- Papan rangkaian 1 buah
- Hambatan tetap 100Ω 1 buah
- Kapasitor 1µF 1 buah
- Kumparan 1000 lilitan dengan inti 1 buah
- Saklar 1 buah
- Audio generator 1 buah
- Voltmeter AC atau multitester 1 buah
- Amperemeter AC 1 buah
- Jembatan penghubung 1 buah
- Kabel penghubung merah secukupnya - Kabel penghubung hitam secukupnya Cara Kerja
1. Susunlah alat dan bahan seperti gambar di bawah ini!
2. Atur voltmeter dengan batas ukur 10 Volt AC!
3. Hubungkan audio generator dengan sumber tegangan PLN! Saklar audio generator pada posisi off dengan pengaturan sebagai berikut.
a. Pilih skala tegangan 10 x 10 mVrms
b. Pilih jenis gelombang sinusoidal c. Frekuensi awal 100 Hz
4. Periksalah kembali rangkaian 5. Hidupkan audio generator 6. Tutup saklar S
7. Ukurlah tegangan Vab (VR), Vbc (VL), Vcd (VC), dan Vad (Vtot)!
8. Ulangi langkah 6 dengan frekuensi 500 Hz dan 1.000 Hz! Catatlah hasilnya pada tabel pengamatan
9. Bandingkan harga Vtot dengan VR2(VLVC)2
10. Buatlah kesimpulan dari hasil percobaan.
Pertanyaan
1. Hasil pengamatan
……… ……… ……… ……… ……… ……… 2. Kesimpulan
……….. ……… ……… ……… ……… ………
PENILAIAN PRODUK (LP-1) Arus Bolak-Balik
Sebuah kumparan 10 mH dihubungkan dengan sumber arus bolak-balik 2 V, 100Hz. Tentukanlah kuat arus yang melalui rangkaian tersebut!
Butir 2
Sebuah induktor dengan induktansi L = 0,8 henry dialiri arus listrik bolak-balik yang nilainya memenuhi : i = 10 sin 50 t. Tentukan nilai sesaat tegangan ujung-ujung induktornya!
Butir 3
Perhatikan rangkaian pada gambar di bawah ini.
RLC dirangkai seri. Resistor 80 Ω, induktor 1,1 H dan kapasitor 0,2 mF. Pada rangkaian tersebut dialiri arus listrik bolak balik dengan frekuensi 100 rad/s. Jika diketahui Vbc = 200 volt, maka tentukan:
a. Impedansi rangkaian
b. Arus efektif yang mengalir pada rangkaian c. Tegangan efektif Vad
d. Beda fase antara tegangan Vad dengan arus yang melewati rangkaian.
e. Daya yang diserap rangkaian
i =
Dari nilai i ini dapat diperoleh : frekuensi sudutnya ω = 50 rad/s reaktansi induktifnya memenuhi :
XL = ω L = 50 . 0,8 = 40 Ω
Tegangan ujung-ujung induktor dapat diperoleh dari hukum Ohm sebagai berikut. Vm = XL Im = 40 . 10 = 400 volt dan nilai sesaatnya memiliki fase 90o lebih besar
Dari diagram fasor tersebut dapat diperoleh impedansi:
Z = 2 2
(80) (60) = 100 Ω
b. Kuat arus efektif Vbc = VL = 200 volt
XL = 110 Ω
sesuai hukum Ohm maka arus efektifnya dapat ditentukan sebagai berikut. VL = I XL
220 = I . 110 I = 2 A
c. Tegangan efektif Vad dapat ditentukan dari kuat arus dan impedansinya.
d. Beda fase antara V dan I sebesar :
tg X Xc
R
= 60
80= 3 4 = 37 o
e. Daya yang diserap rangkaianmemenuhi:
P = Vad. I . cos ϕ = 200.2. cos (-37O) = 320 watt
LP-2
Format Penilaian Kinerja
Skor Kemampuan/
keterampilan yang dinilai Skor
Kemampuan
mengorganisasi tugas, kerja, atau kegiatan
Ketepatan
mengorganisasikan tugas dengan cara yang logis sesuai dengan suruhan yang diberikan.
peserta didik mengamati, mengukur, mencatat dan melakukan kegiatan-kegiatan lainnya dengan benar dan aman.
4 Pesertamembutuhkan sedikitdidik
bantuan untuk mengembangkan prosedur kerja/ kegiatan yang logis
Pengamatan, pengukuran, dan hasil kegiatan lainnya
pada umumnya
memuaskan, tapi masih ada kesalahan dalam ketepatan mencatat atau membahas.
3
Peserta didik
membutuhkan bantuan secukupnya untuk
Ia mampu mengikuti tugas/ instruksi jika diberikan sejumlah bantuan yang berarti
Peserta didik banyak melakukan kesalahan, baik pencatatan, dan ketepatan dalam pencatatan atau pun hasil kerja lainnya
2 Peserta didik banyakbergantung pada bantuan dan dukungan agar mampu memahami tujuan tugas/ kegiatan yang diberikan, dan melakukannya
Bantuan tetap dibutuhkan walaupun dalam instruksi yang sederhana. Ketidaktepatan dalam pengamatan, pengukuran atau unsur-unsur hasil kerja lainnya.
Banyak pengamatan / unsur-unsur bahasan luput diamati atau tidak dicatat/ dibahas/ dikerjakan. melaksanakan walaupun dengan bantuan.
Peserta didik tidak mampu mengikuti suruhan/instruksi dari tugas yang diberikan.
Pengamatan, pengukuran atau unsur-unsur hasil kerja lainnya tidak benar atau relevan dengan tugasnya
Lembar Penilaian Kinerja
No Nama Peserta didik Tugas Kerja Ilmiah Diskusi
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
LP-3
PENILAIAN AFEKTIF
Nama: Kelas :
No. Aspek sikap Skala sikap
1 2 3 4 5
Karakter 1 Logis
Memilih alat dan bahan Membuat rangkaian percobaan
Aktivitas yang dilakukan memiliki tujuan yang jelas 2 Berpikir kreatif
Melakukan tindakan yang bersifatanalisis Melakukan tindakan yang bersifatsintesis
Mampu menentukan pilihan yang dianggap paling baik
Mampu menciptakan alternatif yang lebih baik 3 Jujur
Melakukankegiatan (mengamati, mencatat, menyimpulkan- keterampilan proses) dengan obyektif
Berargumen secara obyektif 4 Bekerja teliti
5 Bertanggung jawab
6 Peduli
7 Berperilaku santun
Keterampilan Sosial 1 Bekerja sama,
2 Menyampaikan pendapat,
3 Menjadi pendengar yang baik,
LP 3: PSIKOMOTOR (Eksperimen di Laboratorium)
Prosedur
1. Siapkan alat dan bahan yang dibutuhkan oleh peserta didik.
2. Tugas perwakilan kelompok peserta didik untuk memilih alat dan bahan yang dibutuhkan.
3. Beri peserta didik waktu yang cukup untuk melakukan kegiatan eksperimen sesuai LKS. 4. Tentukan skor peserta didik sesuai dengan format asesmen kinerja pada table di bawah
ini.
5. Berikan format asesmen kepada semua kelompok sebelum kegiatan eksperimen dimulai. 6. Beri peserta didik kesempatan untuk mengases diri sendiri menggunakan format yang
telah mereka terima.
Format Asesmen Kinerja Psikomotor
No Aktivitas Skor
Maksimum
Skor Asesmen Oleh Peserta didik
Sendiri
1 Memilih alat dan bahan 15 2 Membuat rangkaian secara benar 35 3 Melakukan pengamatan dan
pengukuran berulang dengan variasi frekuensi
25
4 Membandingkan nilai Vtot dengan
2 2
R ( L C)
V V V
25
Skor Total 100
LP 4: KARAKTER
Format pengamatan Prilaku Berkarakter
Nama Peserta didik : ……….
Kelas : ……….
Tanggal : ……….
Petunjuk:
Untuk setiap perilakuk berkarakter di dalam tabel berikut ini yang teramati, beri penilaian menggunakan criteria:
A = sangat baik B = baik
C = menunjukan kemajuan D = perlu perbaikan
No Rincian Tugas Kinerja (RTK)
Kategori Penilaian Keterangan
A B C D
1 Hati-hati 2 Teliti 3 Jujur
4 Bertanggung jawab 5 Disiplin
7 Rela berbagi 8 Demokratis
LP 5: KETRAMPILAN SOSIAL Format Pengamatan Ketrampilan Sosial
Nama Peserta didik : ……….
Kelas : ……….
Tanggal : ……….
Petunjuk:
Untuk setiap ketrampilan social yang terdapat di dalam table berikut ini, beri penilaian kepada peserta didik menggunakan format berikut:
No Rincian Tugas Kinerja (RTK)
Kategori Penilaian Keterangan
A B C D
1 Bertanya
2 Menjawab pertanyaan
3 Menjadi pendengar yang baik 4 Memberikan tanggapan
