Latihan Soal Fisika SMA Kelas 12 Bab 7: Prinsip dan Fenomena Kuantum (bagian 1)

Soal

Mengapa benda berwarna hitam terasa lebih panas dibandingkan benda berwarna putih ketika berada di bawah sinar matahari?
1. Karena benda hitam menyerap seluruh energi radiasi yang diterimanya.
2. Karena benda hitam memantulkan seluruh cahaya yang datang.
3. Karena benda putih memiliki suhu lebih rendah.
4. Karena benda hitam tidak memancarkan energi.
5. Karena benda putih menyerap seluruh energi panas.
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: A. Karena benda hitam menyerap seluruh energi radiasi yang diterimanya.Pembahasan:Benda hitam ideal menyerap semua radiasi yang datang padanya tanpa ada energi yang dipantulkan atau diteruskan. Semakin banyak energi yang diserap, semakin tinggi suhu benda tersebut. Oleh sebab itu, benda berwarna hitam terasa lebih panas dibandingkan benda berwarna cerah di bawah cahaya matahari.
Soal

Sebuah benda hitam sempurna dipanaskan hingga suhunya meningkat dua kali lipat. Bagaimana perubahan daya radiasi totalnya?
1. Tetap
2. Dua kali lipat
3. Empat kali lipat
4. Enam belas kali lipat
5. Delapan kali lipat
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: D. Enam belas kali lipatPembahasan:Hukum Stefan–Boltzmann menyatakan bahwa daya radiasi sebanding dengan pangkat empat suhu mutlaknya (P ∝ T⁴). Jika suhu dinaikkan dua kali lipat, maka daya radiasi menjadi 2⁴ = 16 kali lebih besar. Hal ini menunjukkan peningkatan suhu kecil dapat menghasilkan perubahan energi radiasi yang sangat besar.
Soal

Mengapa model benda hitam digambarkan sebagai rongga dengan lubang kecil?
1. Agar dapat memantulkan cahaya yang masuk.
2. Untuk mengurangi energi radiasi yang keluar.
3. Agar semua cahaya yang masuk terserap sempurna.
4. Untuk memantulkan sebagian besar energi panas.
5. Karena benda hitam hanya menyerap cahaya merah.
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: C. Agar semua cahaya yang masuk terserap sempurna.Pembahasan:Lubang kecil pada rongga membuat cahaya yang masuk dipantulkan berkali-kali di dalam hingga seluruh energinya terserap. Karena tidak ada cahaya yang keluar, sistem tersebut mendekati benda hitam sempurna. Model ini membantu fisikawan memahami bagaimana radiasi termal diserap dan dipancarkan.
Soal

Apa terobosan utama Max Planck dalam menjelaskan radiasi benda hitam?
1. Cahaya dipancarkan terus menerus tanpa batas.
2. Energi radiasi dipancarkan dalam bentuk paket diskrit.
3. Energi radiasi tidak bergantung pada frekuensi.
4. Radiasi benda hitam tidak memiliki energi.
5. Radiasi hanya terjadi pada suhu rendah.
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: B. Energi radiasi dipancarkan dalam bentuk paket diskrit.Pembahasan:Planck mengusulkan bahwa energi radiasi tidak kontinu, tetapi dipancarkan dalam satuan terkecil yang disebut kuantum. Setiap kuantum memiliki energi E = hf, sebanding dengan frekuensi gelombang. Gagasan ini menjadi dasar munculnya fisika kuantum modern.
Soal

Mengapa foton dengan frekuensi tinggi memiliki energi yang lebih besar?
1. Karena memiliki panjang gelombang lebih panjang.
2. Karena energinya berbanding lurus dengan frekuensinya.
3. Karena amplitudonya lebih besar.
4. Karena kecepatannya melebihi cahaya.
5. Karena massanya lebih besar.
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: B. Karena energinya berbanding lurus dengan frekuensinya.Pembahasan:Menurut Planck, energi foton diberikan oleh rumus E = hf. Frekuensi (f) yang lebih tinggi menghasilkan energi yang lebih besar karena konstanta Planck (h) adalah tetap. Inilah sebabnya sinar gamma lebih energik dibandingkan cahaya tampak.
Soal

Mengapa teori gelombang klasik gagal menjelaskan efek fotolistrik?
1. Karena mengabaikan massa elektron.
2. Karena menganggap energi cahaya bergantung pada amplitudo, bukan frekuensi.
3. Karena tidak memperhitungkan refleksi cahaya.
4. Karena mengasumsikan foton memiliki massa.
5. Karena mengabaikan kecepatan cahaya.
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: B. Karena menganggap energi cahaya bergantung pada amplitudo, bukan frekuensi.Pembahasan:Teori klasik beranggapan bahwa semakin besar intensitas cahaya, semakin besar energi elektron yang terlepas. Namun, percobaan menunjukkan bahwa energi elektron justru bergantung pada frekuensi cahaya, bukan intensitas. Hal ini menegaskan sifat kuantum cahaya sebagaimana dijelaskan Einstein.
Soal

Mengapa elektron tidak terlepas jika frekuensi cahaya kurang dari frekuensi ambang?
1. Karena foton tidak memiliki energi.
2. Karena energi foton kurang untuk mengatasi gaya ikat elektron pada logam.
3. Karena amplitudo cahaya terlalu kecil.
4. Karena jumlah foton terlalu sedikit.
5. Karena tidak ada arus listrik pada rangkaian.
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: B. Karena energi foton kurang untuk mengatasi gaya ikat elektron pada logam.Pembahasan:Frekuensi ambang merupakan batas minimum frekuensi cahaya yang dapat melepaskan elektron dari logam. Foton dengan energi lebih kecil dari energi ambang (hf < W) tidak mampu membebaskan elektron. Fenomena ini memperkuat bahwa energi cahaya terkuantisasi.
Soal

Dalam efek Compton, mengapa panjang gelombang foton bertambah setelah tumbukan dengan elektron?
1. Karena foton menyerap energi dari elektron.
2. Karena foton kehilangan sebagian energinya ke elektron.
3. Karena elektron menyerap seluruh energi foton.
4. Karena kecepatan foton meningkat.
5. Karena energi kinetik elektron berkurang.
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: B. Karena foton kehilangan sebagian energinya ke elektron.Pembahasan:Ketika foton bertumbukan dengan elektron, sebagian energi foton berpindah ke elektron, menyebabkan panjang gelombang foton meningkat (energinya menurun). Proses ini menunjukkan bahwa foton juga memiliki momentum seperti partikel. Eksperimen Compton memperkuat teori dualitas gelombang-partikel cahaya.
Soal

Apa bukti bahwa efek Compton membuktikan cahaya memiliki sifat partikel?
1. Foton dapat dipantulkan seperti gelombang.
2. Foton memiliki panjang gelombang tetap.
3. Foton mengalami tumbukan elastis dengan elektron.
4. Foton memiliki massa diam.
5. Foton bergerak lebih cepat dari cahaya.
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: C. Foton mengalami tumbukan elastis dengan elektron.Pembahasan:Efek Compton menunjukkan bahwa foton dapat bertumbukan dengan elektron seperti halnya dua partikel fisik. Perubahan energi dan arah gerak foton setelah tumbukan menunjukkan adanya momentum. Hal ini menegaskan bahwa cahaya tidak hanya gelombang, tetapi juga partikel.
Soal

Mengapa sinar-X dapat menembus jaringan lunak tubuh tetapi tidak tulang?
1. Karena tulang memiliki densitas atom lebih tinggi.
2. Karena sinar-X memiliki frekuensi rendah.
3. Karena sinar-X tidak berenergi tinggi.
4. Karena tulang memantulkan seluruh sinar-X.
5. Karena jaringan lunak menyerap lebih banyak sinar-X.
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: A. Karena tulang memiliki densitas atom lebih tinggi.Pembahasan:Tulang terdiri atas unsur dengan nomor atom tinggi yang menyerap sinar-X lebih besar dibandingkan jaringan lunak. Oleh sebab itu, sinar-X dapat menembus jaringan lunak tetapi tidak tulang, sehingga menghasilkan citra berbeda pada film rontgen. Fenomena ini dimanfaatkan dalam bidang medis.
Soal

Bagaimana sinar-X terbentuk dalam tabung rontgen?
1. Dari pembakaran filamen dengan tegangan rendah.
2. Dari pelepasan elektron oleh logam karena cahaya tampak.
3. Dari tumbukan elektron berkecepatan tinggi dengan anoda logam.
4. Dari gelombang radio yang dipantulkan.
5. Dari reaksi nuklir logam berat.
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: C. Dari tumbukan elektron berkecepatan tinggi dengan anoda logam.Pembahasan:Dalam tabung sinar-X, elektron dipancarkan dari katoda dan dipercepat oleh beda potensial tinggi menuju anoda. Saat menumbuk anoda, energi kinetik elektron berubah menjadi energi foton berenergi tinggi berupa sinar-X. Proses ini merupakan kebalikan dari efek fotolistrik.
Soal

Mengapa sinar-X dikatakan sebagai proses kebalikan dari efek fotolistrik?
1. Karena sinar-X menyerap elektron dari logam.
2. Karena sinar-X dihasilkan saat elektron menumbuk logam, bukan sebaliknya.
3. Karena keduanya tidak melibatkan foton.
4. Karena sinar-X hanya terjadi pada logam ringan.
5. Karena sinar-X menyebabkan logam mendingin.
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: B. Karena sinar-X dihasilkan saat elektron menumbuk logam, bukan sebaliknya.Pembahasan:Pada efek fotolistrik, foton menumbuk logam dan melepaskan elektron. Sebaliknya, pada sinar-X, elektron menumbuk logam dan menghasilkan foton berenergi tinggi. Dengan demikian, kedua proses tersebut merupakan kebalikan secara fisik.
Soal

Apa kesimpulan umum yang dapat diambil dari efek fotolistrik dan efek Compton?
1. Cahaya hanya bersifat gelombang.
2. Cahaya hanya bersifat partikel.
3. Cahaya memiliki sifat ganda sebagai gelombang dan partikel.
4. Cahaya tidak membawa energi.
5. Cahaya selalu berinteraksi secara elastis.
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: C. Cahaya memiliki sifat ganda sebagai gelombang dan partikel.Pembahasan:Efek fotolistrik dan Compton menunjukkan bahwa cahaya dapat berperilaku sebagai partikel (foton) dalam interaksi dengan materi, tetapi juga menunjukkan sifat gelombang dalam interferensi dan difraksi. Konsep ini dikenal sebagai dualitas gelombang-partikel, inti dari teori kuantum modern.
Soal

Apa kesimpulan umum yang dapat diambil dari efek fotolistrik dan efek Compton?
1. Cahaya hanya bersifat gelombang.
2. Cahaya hanya bersifat partikel.
3. Cahaya memiliki sifat ganda sebagai gelombang dan partikel.
4. Cahaya tidak membawa energi.
5. Cahaya selalu berinteraksi secara elastis.
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: C. Cahaya memiliki sifat ganda sebagai gelombang dan partikel.Pembahasan:Efek fotolistrik menunjukkan bahwa cahaya berperilaku seperti partikel karena hanya foton dengan energi tertentu yang dapat melepaskan elektron dari permukaan logam. Sedangkan efek Compton menunjukkan bahwa cahaya juga memiliki momentum dan dapat berinteraksi dengan elektron seperti partikel bermassa. Kedua efek ini membuktikan bahwa cahaya tidak semata-mata gelombang atau partikel, melainkan memiliki sifat ganda gelombang-partikel.
Soal

Jika cahaya dengan frekuensi lebih besar dari frekuensi ambang digunakan pada logam, apa yang terjadi pada elektron yang terlepas?
1. Tidak ada elektron terlepas.
2. Elektron terlepas dengan energi kinetik lebih besar.
3. Elektron terlepas lebih lambat.
4. Energi elektron berkurang.
5. Cahaya dipantulkan seluruhnya.
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: B. Elektron terlepas dengan energi kinetik lebih besar. Pembahasan: Energi foton yang lebih besar dari energi ambang menghasilkan kelebihan energi yang diubah menjadi energi kinetik elektron. Karena itu, semakin tinggi frekuensi cahaya, semakin cepat elektron terlepas. Hubungan ini dijelaskan oleh persamaan Einstein: $E_{k} = h f - W$ .
Soal

Jika cahaya dengan frekuensi lebih besar dari frekuensi ambang digunakan pada logam, apa yang terjadi pada elektron yang terlepas?
1. Tidak ada elektron terlepas.
2. Elektron terlepas dengan energi kinetik lebih besar.
3. Elektron terlepas lebih lambat.
4. Energi elektron berkurang.
5. Cahaya dipantulkan seluruhnya.
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: B. Elektron terlepas dengan energi kinetik lebih besar. Pembahasan: Ketika frekuensi cahaya yang digunakan melebihi frekuensi ambang logam, energi foton yang datang juga meningkat karena energi foton berbanding lurus dengan frekuensinya (E = hf). Setelah sebagian energi digunakan untuk melepaskan elektron dari permukaan logam (mengatasi fungsi kerja), sisa energi foton akan menjadi energi kinetik elektron. Oleh karena itu, semakin besar frekuensi cahaya di atas frekuensi ambang, semakin besar pula energi kinetik elektron yang terlepas.
Soal

Mengapa lampu LED lebih efisien dibandingkan lampu pijar dari sudut pandang fisika kuantum?
1. Karena LED menghasilkan cahaya melalui pembakaran filamen.
2. Karena LED memanfaatkan efek fotolistrik untuk memancarkan cahaya.
3. Karena LED menggunakan radiasi termal.
4. Karena LED mengubah energi panas menjadi cahaya.
5. Karena LED menggunakan energi mekanik.
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: B. Karena LED memanfaatkan efek fotolistrik untuk memancarkan cahaya.Pembahasan:Lampu LED bekerja dengan prinsip efek fotolistrik terbalik, yaitu emisi foton akibat perpindahan elektron di dalam bahan semikonduktor. Energi cahaya yang dihasilkan bergantung pada energi foton yang terkuantisasi. Hal ini membuat LED lebih hemat energi dan efisien dibandingkan lampu pijar.
Soal

Sinar-X dengan panjang gelombang 1,5 Å dijatuhkan pada lempeng aluminium dan dihamburkan dengan sudut 90°. Besar pergeseran Compton yang terjadi adalah ....
1. 0,0024 nm
2. 0,0012 nm
3. 0,00024 nm
4. 0,024 nm
5. 0,12 nm
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: A. 0,0024 nmPembahasan:Δλ = (h / mₑc)(1 − cos θ)= 0,00243 nm × (1 − cos 90°)= 0,00243 nm
Soal

Pergeseran panjang gelombang pada efek Compton akan maksimum bila sudut hamburan sebesar ....
1. 0°
2. 45°
3. 90°
4. 135°
5. 180°
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: E. 180°Pembahasan:Δλ maksimum terjadi saat θ = 180°, karena (1 − cos θ) bernilai maksimum (2).
Soal

Energi setiap foton cahaya ungu dengan panjang gelombang 400 nm adalah ....(h = 6,6×10⁻³⁴ J·s, c = 3×10⁸ m/s)
1. 4,95×10⁻¹⁹ J
2. 5,0×10⁻²⁰ J
3. 3,3×10⁻¹⁹ J
4. 1,0×10⁻²⁰ J
5. 6,6×10⁻¹⁸ J
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: A. 4,95×10⁻¹⁹ JPembahasan:E = hc/λ = (6,6×10⁻³⁴)(3×10⁸)/(4×10⁻⁷) = 4,95×10⁻¹⁹ J
Soal

Frekuensi ambang suatu logam adalah 5×10¹⁴ Hz. Panjang gelombang ambang logam tersebut adalah ....
1. 400 nm
2. 500 nm
3. 600 nm
4. 700 nm
5. 800 nm
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: C. 600 nmPembahasan:λ = c/f = (3×10⁸)/(5×10¹⁴) = 6×10⁻⁷ m = 600 nm
Soal

Foton dengan panjang gelombang 300 nm dijatuhkan pada logam yang fungsi kerjanya 4×10⁻¹⁹ J. Energi kinetik maksimum elektron yang terlepas adalah ....
1. 6,6×10⁻¹⁹ J
2. 2,6×10⁻¹⁹ J
3. 1,0×10⁻¹⁹ J
4. 4,0×10⁻¹⁹ J
5. 8,0×10⁻¹⁹ J
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: B. 2,6×10⁻¹⁹ JPembahasan:E = hc/λ = 6,6×10⁻³⁴×3×10⁸ / 3×10⁻⁷ = 6,6×10⁻¹⁹ J $E_{k}$ = E − φ = 6,6×10⁻¹⁹ − 4×10⁻¹⁹ = 2,6×10⁻¹⁹ J
Soal

Jika frekuensi cahaya lebih kecil dari frekuensi ambang, maka yang terjadi adalah ....
1. elektron terlepas dengan energi kecil
2. tidak ada elektron terlepas
3. energi foton bertambah
4. panjang gelombang foton berkurang
5. elektron menembus logam
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: B. tidak ada elektron terlepasPembahasan: Ketika frekuensi cahaya lebih kecil dari frekuensi ambang, energi setiap foton tidak cukup besar untuk melepaskan elektron dari permukaan logam. Akibatnya, meskipun intensitas cahaya diperbesar, elektron tetap tidak akan keluar karena energi per foton tetap sama. Efek fotolistrik hanya dapat terjadi jika energi foton minimal sama dengan fungsi kerja logam, yaitu pada frekuensi ambang atau lebih tinggi.
Soal

Foton sinar gamma memiliki panjang gelombang 0,05 Å. Hitung momentumnya!
1. 1,33 × 10⁻²² kg·m/s
2. 1,33 × 10⁻²³ kg·m/s
3. 1,33 × 10⁻²⁴ kg·m/s
4. 1,33 × 10⁻²⁵ kg·m/s
5. 1,33 × 10⁻²⁶ kg·m/s
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: A. 1,33 × 10⁻²² kg·m/s Pembahasan:Momentum foton dapat dihitung dengan rumus:p = h / λ Diketahui:h = 6,626 × 10⁻³⁴ J·sλ = 0,05 Å = 0,05 × 10⁻¹⁰ m = 5,0 × 10⁻¹² m Maka:p = (6,626 × 10⁻³⁴) / (5,0 × 10⁻¹²)p = 1,325 × 10⁻²² kg·m/s Dibulatkan menjadi 1,33 × 10⁻²² kg·m/s.Jadi, momentum foton sinar gamma tersebut adalah 1,33 × 10⁻²² kg·m/s.
Soal

Elektron dengan panjang gelombang de Broglie 500 nm memiliki momentum sebesar ....
1. 1,3 × 10⁻²⁶ kg·m/s
2. 1,3 × 10⁻²⁷ kg·m/s
3. 1,3 × 10⁻²⁸ kg·m/s
4. 1,3 × 10⁻²⁹ kg·m/s
5. 1,3 × 10⁻³⁰ kg·m/s
Lihat pembahasan
Jawaban Benar: B. 1,3 × 10⁻²⁷ kg·m/s Pembahasan:Rumus de Broglie untuk momentum: p = h / λ Diketahui:h = 6,626 × 10⁻³⁴ J·sλ = 500 nm = 500 × 10⁻⁹ m = 5,0 × 10⁻⁷ m Hitung:p = (6,626 × 10⁻³⁴) / (5,0 × 10⁻⁷) = 1,3252 × 10⁻²⁷ kg·m/s Jadi pilihan yang benar adalah B. 1,3 × 10⁻²⁷ kg·m/s.

← MaterinyaBab 7: Prinsip dan Fenomena Kuantum Berikutnya →Bagian 2

Gratis — tolong sebarkan

Materi dan latihan di sini bisa dipakai siapa saja tanpa membayar dan tanpa mendaftar. Aplikasi Fitri Learning membawa semuanya ke HP, lengkap dengan nilai dan pembahasan, dan jalan tanpa internet setelah diunduh sekali.

Gratis, tanpa akunUnduh aplikasinya → Ilmu yang bermanfaatBagikan ke WhatsApp