Pembahasan soal SBMPTN bidang study fisika tentang gelombang elektromagnetik ini meliputi beberapa subtopik dalam bab fisika modern yaitu sifat dan spektrum gelombang elektromagnetik, radiasi kalor, radiasi benda hitam, hukum pergeseran Wien, teori foton, efek fotolistrik, efek Compton, dan teori de Broglie. Dari beberapa soal yang pernah keluar dalam soal SBMPTN bidang study fisika, model soal tentang fisika modern dan gelombang elektromagnetik yang sering keluar antara lain menentukan panjang gelombang elektromagnetik, menentukan hubungan kecepatan dan momentum dengan panjang gelombang de Broglie, menentukan momentum elektron saat membentur kaca, menentukan suhu radiasi benda hitam jika daya radiasi diketahui, menentukan hubungan intensitas cahaya dengan energi foto elektron, menentukan panjang gelombang berkas cahaya, dan menganalisis grafik data efek fotolistrik.
Soal 1
Permukaan suatu lempeng logam tertentu disinari dengan cahaya monokromatik. Percobaan ini diulang dengan panjang gelombang cahaya yang berbeda. Ternyata, tidak ada elektron keluar jika lempeng disinari dengan panjang gelombang di atas 500 nm. Dengan menggunakan panjang gelombang tertentu λ, ternyata dibutuhkan 3,1 volt untuk menghentikan arus fotolistrik yang terpancar dari lempeng. Panjang gelombang λ tersebut adalah ...
A. 222 nm
B. 273 nm
C. 332 nm
D. 384 nm
E. 442 nm
Pembahasan :
Dik : λo = 500 nm = 5 x 10-7 m, V = 3,1 V
Energi ambang:
⇒ Eo = h.c/λo
Hubungan antara tegangan penghenti dan energi
⇒ Ek max = eV
⇒ h.c/λ - h.c/λo = e.V
⇒ h.c/λ = e.V + h.c/λo
Bagi kedua ruas dengan h.c, sehingga:
⇒ 1/λ = (e.V/h.c) + 1/λo
⇒ 1/λ = 2,5 x 106 + 2 x 106
⇒ 1/λ = 4,5 x 106
⇒ λ = 1/4,5 x 106
⇒ λ = 2,22 x 10-7
⇒ λ = 222 nm
Soal 2
Jika kecepatan partikel A lebih besar dari kecepatan partikel B, maka panjang gelombang de Broglie partikel A pasti lebih kecil daripada panjang gelombang de Broglie partikel B.
Pembahasan :
Panjang gelombang de Broglie dari suatu partikel yang bergerak dengan laju v dirumuskan sebagai berikut:
λ = h/m.v = h/p
Dengan :
λ = panjang gelombang de Broglie
h = tetapan Planck
m = massa patikel
v = laju partikel
p = meomentum partikel
Dari rumus di atas maka dapat kita lihat bahwa panjang gelombang de Broglie berbanding terbalik dengan hasil kali massa dan laju partikel atau berbanding terbalik dengan momentumnya. Semakin besar hasil kali massa dan laju, maka semakin kecil panjang gelombang de Broglienya.
Kecepatan partikel A lebih besar dari kecepatan partikel B tapi massa partikel A dan massa partikel B belum diketahui. Jadi, belum tentu panjang gelombang de Broglie partikel A lebih besar karena panjang gelombang de Broglie juga bergantung pada massa.
Jika massa partikel A juga lebih besar daripada massa partikel B, maka panjang gelombang de Broglie partikel A lebih besar dari partikel B. Tapi jika massa partikel B lebih besar dari massa A dan hasil kali massa dan kecepatan (m.v) partikel B juga lebih besar, maka panjang gelombang B lebih besar dari A.
Jadi, pernyataan salah tapi alasan benar.
Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Medan Listrik dan Gaya Coulomb.
Soal 3
Sebuah elektron melaju di dalam tabung pesawat TV yang bertegangan 500 V. Besarnya momentum elektron tersebut saat membentur kaca TV adalah ...
A. 1,2 x 10-23 N s
B. 1,5 x 10-23 N s
C. 1,8 x 10-23 N s
D. 2,0 x 10-23 N s
E. 2,4 x 10-23 N s
Pembahasan :
Ketika elektron mencapai layar, maka energi kinetiknya akan sama dengan energi listrik
⇒ Ek = E
⇒ ½m.v2 = e.V
⇒ m2.v2 = 2 m.e.V
⇒ m.v = √2.m.e.V
Dengan demikian momentum elektron :
⇒ p = m.v
⇒ p = √2.e.V
⇒ p = √2.(9,1 x 10-31)(1,6 x 10-19).500
⇒ p = √1,456 x 10-46
⇒ p = 1,2 x 10-23 N s
Soal 4
Energi yang diradiasikan per detik oleh benda hitam pada suhu T1 besarnya 16 kali energi yang diradiasikan per detik pada suhu To, maka besar suhu T1 adalah ...
A. 2 To
B. 2,5 To
C. 3 To
D. 4 To
E. 5 To
Pembahasan :
Dik : P1 = 16 Po
Radiasi benda hitam
E = e.σ.A.T4.t
E/t = e.σ.A.T4
P = e.σ.A.T4
Perbandingan energi per detiknya:
⇒ 16 = T14/To4
⇒ 24 = T14/To4
⇒ 2 = T1/To
⇒ T1 = 2To
Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Energi dan Daya Listrik.
Soal 5
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, maka panjang gelombang de Broglienya sama dengan ...
A. 1,23 x 10-10 m
B. 1,23 x 10-9 m
C. 1,23 x 10-8 m
D. 1,23 x 10-7 m
E. 1,23 x 10-6 m
Pembahasan :
Dik : V = 100 V, v = 5,93 x 106 m/s
Panjang gelombang de Broglie
⇒ λ = h/m.v
⇒ λ = 1,23 x 10-10 m
Soal 6
Dalam efek fotolistrik, energi foto elektron bertambah dengan bertambahnya intensitas cahaya yang datang.
Pembahasan :
Intensitas cahaya berhubungan erat dengan jumlah foton yang datang. Semakin banyak foton yang datang, maka semakin banyak elektron yang keluar.
Dalam efek fotolistrik, energi elektron hanya bergantung pada frekuensi cahaya yang datang. Secara matematis dirumuskan dengan E = h.f - h.fo. Jadi, energi foto elektron tidak bertambah dengan ertambahnya instensitas cahaya datang.
Jadi, pernyataan salah tapi alasan benar.
Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Getaran dan Gelombang.
Soal 7
Frekuensi foton yang dihamburkan oleh elektron bebas akan lebih kecil dibanding saat datang adalah hasil dari ...
A. Efek fotolistrik
B. Efek Compton
C. Produksi pasangan
D. Produksi sinar-X
E. Radiasi benda hitam
Pembahasan :
Frekuensi foton yang dihamburkan oleh elektron bebas akan lebih kecil dibanding saat datang adalah hasil dari efek Compton. Pada efek Compton, sinar X ditembakkan ke sebuah elektron bebas yang mula-mula dalam keadaan diam.
Saat kedua partikel bertumbukan, elektron menyerap sebagain energi dari foton sinar X sehingga elektron bergerak dengan arah dan kelajuan tertentu.
Foton sinar-X yang terhambur juga mempunyai arah tertentu dengan sudut θ. Panjang gelombang foton sinar-X setelah terhambur lebih besar. Artinya frekuensi foton lebih kecil dari frekuensi mula-mula.
Soal 8
Sebuah atom memiliki tingkat eksitasi 2 eV di atas tingkat dasarnya. Sebuah berkas cahaya yang ditembakkan menuju atom tersebut ternyata diserap. Panjang gelombang berkas cahaya tersebut adalah ...
A. 540 nm
B. 620 nm
C. 730 nm
D. 840 nm
E. 970 nm
Pembahasan :
Dik : E = 2 eV, h = 6,63 x 10-34 Js, c = 3 x 108 m/s
Panjang gelombang :
⇒ λ = 6,21 x 10-7
⇒ λ = 621 nm
Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Termodinamika dan Kinetik Gas.
Soal 9
Grafik di bawah ini merupakan data efek fotolistrik.
Pernyataan yang benar adalah ...
(1) Energi foto-elektron yang terpancar besarnya antara 0 - 4,4 eV
(2) Energi minimal untuk melepaskan elektron 1,6 eV
(3) Panjang gelombang cahaya maksimum yang digunakan sekitar 8 x 10-7 m
(4) Jika intensitas cahaya diperbesar, bentuk grafik tidak berubah
Pembahasan :
Energi minimal atau energi ambang untuk membangkitkan elektron ke tingkat ambang adalah 1,6 eV. Karena energi ambangnya 1,6 eV, maka panjang cahaya yang digunakan harus menghasilkan energi yang lebih besar.
Panjang gelombang cahaya
Pada pernyataan ketiga, panjang gelombang cahaya maksimum yang digunakan sekitar 8 x 10-7 m. Jika panjang gelombang yang digunakan sebesar itu, maka energi yang dihasilkan adalah:
⇒ E = h.f
⇒ E = h. c/λ
⇒ E = 2,49 x 10-19 J
⇒ E = 2,49 x 10-19 / (1,6 x 10-19)
⇒ E = 1,55 eV
Karena energi yang dihasilkan lebih kecil dari energi ambang (1,55 eV < 1,6 eV), berarti pernyataan (3) salah. Karena pernyataan (3) salah, maka pernyataan (1) juga salah.
Jadi, pernyataan yang benar adalah 2 dan 4.
Soal 10
Diagram di bawah ini menunjukkan empat tingkatan energi suatu atom logam.
Dari pengolahan data di atas, dengan mengandaikan transisi ke tingkatan energi yang lebih rendah selalu mungkin, dapat ditari kesimpulan bahwa ...
(1) Ada 6 garis spektrum yang mungkin terjadi akibat transisi elektron
(2) Panjang gelombang minimum spektrum emisinya 1 x 10-7 m
(3) Panjang gelombang maksimum spektrum emisinya 5 x 10-7 m
(4) Ada komponen spektrum emisi yang merupakan sinar tampak
Pembahasan :
Kemungkinan transisi elektron dengan mengandaikan transisi ke tingkatan energi yang lebih rendah selalu mungkin.
Dari gambar di atas dapat kita lihat ada 6 garis spektrum yang mungkin terjadi akibat transisi elektron secara alamiah. Pernyataan (1) benar.
Panjang gelombang yang dipancarkan:
⇒ λ = 1 x 10-7 m
Pernyataan (2) benar.
Karena pernyataan (1) dan (2) benar, maka pernyataan (3) juga benar. Jadi kita tinggal memeriksa pernyataan (4).
Rentang panjang gelombang sinar tampak adalah 4 x 10-7 m sampai 7 x 10-7 m. Sedangkan rentang panjang gelombang spektrum emisi di atas adalah 1 x 10-7 m sampai 5 x 10-7 m. Jadi, ada komponen spektrum emisi yag merupakan sinar tampak.
Dengan demikian, opsi yang benar adalah 1, 2, 3, dan 4.
Soal 1
Permukaan suatu lempeng logam tertentu disinari dengan cahaya monokromatik. Percobaan ini diulang dengan panjang gelombang cahaya yang berbeda. Ternyata, tidak ada elektron keluar jika lempeng disinari dengan panjang gelombang di atas 500 nm. Dengan menggunakan panjang gelombang tertentu λ, ternyata dibutuhkan 3,1 volt untuk menghentikan arus fotolistrik yang terpancar dari lempeng. Panjang gelombang λ tersebut adalah ...
A. 222 nm
B. 273 nm
C. 332 nm
D. 384 nm
E. 442 nm
Pembahasan :
Dik : λo = 500 nm = 5 x 10-7 m, V = 3,1 V
Energi ambang:
⇒ Eo = h.c/λo
Hubungan antara tegangan penghenti dan energi
⇒ Ek max = eV
⇒ h.c/λ - h.c/λo = e.V
⇒ h.c/λ = e.V + h.c/λo
Bagi kedua ruas dengan h.c, sehingga:
⇒ 1/λ = (e.V/h.c) + 1/λo
| ⇒ | 1 | = | (1,6 x 10-19)(3,1) | + | 1 |
| λ | (6,63 x 10-34)(3 x 108) | 5 x 10-7 |
| ⇒ | 1 | = | 4,96 x 107 | + 2 x 106 |
| λ | 19,89 |
⇒ 1/λ = 4,5 x 106
⇒ λ = 1/4,5 x 106
⇒ λ = 2,22 x 10-7
⇒ λ = 222 nm
Jawaban : A
Soal 2
Jika kecepatan partikel A lebih besar dari kecepatan partikel B, maka panjang gelombang de Broglie partikel A pasti lebih kecil daripada panjang gelombang de Broglie partikel B.
SEBAB
Panjang gelombang de Broglie suatu partikel berbanding terbalik dengan momentum partikel.Pembahasan :
Panjang gelombang de Broglie dari suatu partikel yang bergerak dengan laju v dirumuskan sebagai berikut:
λ = h/m.v = h/p
Dengan :
λ = panjang gelombang de Broglie
h = tetapan Planck
m = massa patikel
v = laju partikel
p = meomentum partikel
Dari rumus di atas maka dapat kita lihat bahwa panjang gelombang de Broglie berbanding terbalik dengan hasil kali massa dan laju partikel atau berbanding terbalik dengan momentumnya. Semakin besar hasil kali massa dan laju, maka semakin kecil panjang gelombang de Broglienya.
Kecepatan partikel A lebih besar dari kecepatan partikel B tapi massa partikel A dan massa partikel B belum diketahui. Jadi, belum tentu panjang gelombang de Broglie partikel A lebih besar karena panjang gelombang de Broglie juga bergantung pada massa.
Jika massa partikel A juga lebih besar daripada massa partikel B, maka panjang gelombang de Broglie partikel A lebih besar dari partikel B. Tapi jika massa partikel B lebih besar dari massa A dan hasil kali massa dan kecepatan (m.v) partikel B juga lebih besar, maka panjang gelombang B lebih besar dari A.
Jadi, pernyataan salah tapi alasan benar.
Jawaban : D
Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Medan Listrik dan Gaya Coulomb.
Soal 3
Sebuah elektron melaju di dalam tabung pesawat TV yang bertegangan 500 V. Besarnya momentum elektron tersebut saat membentur kaca TV adalah ...
A. 1,2 x 10-23 N s
B. 1,5 x 10-23 N s
C. 1,8 x 10-23 N s
D. 2,0 x 10-23 N s
E. 2,4 x 10-23 N s
Pembahasan :
Ketika elektron mencapai layar, maka energi kinetiknya akan sama dengan energi listrik
⇒ Ek = E
⇒ ½m.v2 = e.V
⇒ m2.v2 = 2 m.e.V
⇒ m.v = √2.m.e.V
Dengan demikian momentum elektron :
⇒ p = m.v
⇒ p = √2.e.V
⇒ p = √2.(9,1 x 10-31)(1,6 x 10-19).500
⇒ p = √1,456 x 10-46
⇒ p = 1,2 x 10-23 N s
Jawaban : A
Soal 4
Energi yang diradiasikan per detik oleh benda hitam pada suhu T1 besarnya 16 kali energi yang diradiasikan per detik pada suhu To, maka besar suhu T1 adalah ...
A. 2 To
B. 2,5 To
C. 3 To
D. 4 To
E. 5 To
Pembahasan :
Dik : P1 = 16 Po
Radiasi benda hitam
E = e.σ.A.T4.t
E/t = e.σ.A.T4
P = e.σ.A.T4
Perbandingan energi per detiknya:
| ⇒ | P1 | = | T14 |
| Po | To4 |
⇒ 24 = T14/To4
⇒ 2 = T1/To
⇒ T1 = 2To
Jawaban : A
Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Energi dan Daya Listrik.
Soal 5
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, maka panjang gelombang de Broglienya sama dengan ...
A. 1,23 x 10-10 m
B. 1,23 x 10-9 m
C. 1,23 x 10-8 m
D. 1,23 x 10-7 m
E. 1,23 x 10-6 m
Pembahasan :
Dik : V = 100 V, v = 5,93 x 106 m/s
Panjang gelombang de Broglie
⇒ λ = h/m.v
| ⇒ λ = | 6,626 x 10-34 |
| (9,11 x 10-31)(5,93 x 106) |
| ⇒ λ = | 6,626 x 10-34 |
| 54,02 x 10-25 |
Jawaban : A
Soal 6
Dalam efek fotolistrik, energi foto elektron bertambah dengan bertambahnya intensitas cahaya yang datang.
SEBAB
Berkas cahaya dengan intensitas yang kuat menghasilkan foto elektron lebih banyak daripada berkas yang intensitasnya lemah pada frekuensi sama.Pembahasan :
Intensitas cahaya berhubungan erat dengan jumlah foton yang datang. Semakin banyak foton yang datang, maka semakin banyak elektron yang keluar.
Dalam efek fotolistrik, energi elektron hanya bergantung pada frekuensi cahaya yang datang. Secara matematis dirumuskan dengan E = h.f - h.fo. Jadi, energi foto elektron tidak bertambah dengan ertambahnya instensitas cahaya datang.
Jadi, pernyataan salah tapi alasan benar.
Jawaban : D
Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Getaran dan Gelombang.
Soal 7
Frekuensi foton yang dihamburkan oleh elektron bebas akan lebih kecil dibanding saat datang adalah hasil dari ...
A. Efek fotolistrik
B. Efek Compton
C. Produksi pasangan
D. Produksi sinar-X
E. Radiasi benda hitam
Pembahasan :
Frekuensi foton yang dihamburkan oleh elektron bebas akan lebih kecil dibanding saat datang adalah hasil dari efek Compton. Pada efek Compton, sinar X ditembakkan ke sebuah elektron bebas yang mula-mula dalam keadaan diam.
Saat kedua partikel bertumbukan, elektron menyerap sebagain energi dari foton sinar X sehingga elektron bergerak dengan arah dan kelajuan tertentu.
Foton sinar-X yang terhambur juga mempunyai arah tertentu dengan sudut θ. Panjang gelombang foton sinar-X setelah terhambur lebih besar. Artinya frekuensi foton lebih kecil dari frekuensi mula-mula.
Jawaban : B
Soal 8
Sebuah atom memiliki tingkat eksitasi 2 eV di atas tingkat dasarnya. Sebuah berkas cahaya yang ditembakkan menuju atom tersebut ternyata diserap. Panjang gelombang berkas cahaya tersebut adalah ...
A. 540 nm
B. 620 nm
C. 730 nm
D. 840 nm
E. 970 nm
Pembahasan :
Dik : E = 2 eV, h = 6,63 x 10-34 Js, c = 3 x 108 m/s
Panjang gelombang :
| ⇒ λ = | h.c |
| E |
| ⇒ λ = | (6,63 x 10-34)(3 x 108) |
| 2 (1,6 x 10-19) |
⇒ λ = 621 nm
Jawaban : B
Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Termodinamika dan Kinetik Gas.
Soal 9
Grafik di bawah ini merupakan data efek fotolistrik.
Pernyataan yang benar adalah ...
(1) Energi foto-elektron yang terpancar besarnya antara 0 - 4,4 eV
(2) Energi minimal untuk melepaskan elektron 1,6 eV
(3) Panjang gelombang cahaya maksimum yang digunakan sekitar 8 x 10-7 m
(4) Jika intensitas cahaya diperbesar, bentuk grafik tidak berubah
Pembahasan :
Energi minimal atau energi ambang untuk membangkitkan elektron ke tingkat ambang adalah 1,6 eV. Karena energi ambangnya 1,6 eV, maka panjang cahaya yang digunakan harus menghasilkan energi yang lebih besar.
Panjang gelombang cahaya
Pada pernyataan ketiga, panjang gelombang cahaya maksimum yang digunakan sekitar 8 x 10-7 m. Jika panjang gelombang yang digunakan sebesar itu, maka energi yang dihasilkan adalah:
⇒ E = h.f
⇒ E = h. c/λ
| ⇒ E = | (6,63 x 10-34)(3 x 108) |
| (8 x 10-7) |
| ⇒ λ = | (19,89 x 10-26) |
| (8 x 10-7) |
⇒ E = 2,49 x 10-19 / (1,6 x 10-19)
⇒ E = 1,55 eV
Karena energi yang dihasilkan lebih kecil dari energi ambang (1,55 eV < 1,6 eV), berarti pernyataan (3) salah. Karena pernyataan (3) salah, maka pernyataan (1) juga salah.
Jadi, pernyataan yang benar adalah 2 dan 4.
Jawaban : C
Soal 10
Diagram di bawah ini menunjukkan empat tingkatan energi suatu atom logam.
Dari pengolahan data di atas, dengan mengandaikan transisi ke tingkatan energi yang lebih rendah selalu mungkin, dapat ditari kesimpulan bahwa ...
(1) Ada 6 garis spektrum yang mungkin terjadi akibat transisi elektron
(2) Panjang gelombang minimum spektrum emisinya 1 x 10-7 m
(3) Panjang gelombang maksimum spektrum emisinya 5 x 10-7 m
(4) Ada komponen spektrum emisi yang merupakan sinar tampak
Pembahasan :
Kemungkinan transisi elektron dengan mengandaikan transisi ke tingkatan energi yang lebih rendah selalu mungkin.
Dari gambar di atas dapat kita lihat ada 6 garis spektrum yang mungkin terjadi akibat transisi elektron secara alamiah. Pernyataan (1) benar.
Panjang gelombang yang dipancarkan:
| ⇒ λ = | h.c |
| ΔE |
| ⇒ λ = | (6,63 x 10-34)(3 x 108) |
| {-5,2 - (-24,6)} 10-19 |
| ⇒ λ = | 1,989 x 10-25 |
| 1,94 x 10-18 |
Pernyataan (2) benar.
Karena pernyataan (1) dan (2) benar, maka pernyataan (3) juga benar. Jadi kita tinggal memeriksa pernyataan (4).
Rentang panjang gelombang sinar tampak adalah 4 x 10-7 m sampai 7 x 10-7 m. Sedangkan rentang panjang gelombang spektrum emisi di atas adalah 1 x 10-7 m sampai 5 x 10-7 m. Jadi, ada komponen spektrum emisi yag merupakan sinar tampak.
Dengan demikian, opsi yang benar adalah 1, 2, 3, dan 4.
Jawaban : E
Edutafsi.com adalah blog tentang bahan belajar. Gunakan menu atau penelusuran untuk menemukan bahan belajar yang ingin dipelajari.
0 comments :
Post a Comment