Pembahasan Soal SBMPTN Fisika Gelombang Elektromagnetik

Pembahasan soal SBMPTN bidang study fisika wacana gelombang elektromagnetik ini meliputi beberapa subtopik dalam adegan 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 wacana fisika modern dan gelombang elektromagnetik yang sering keluar antara lain menentukan panjang gelombang elektromagnetik, menentukan kekerabatan kecepatan dan momentum dengan panjang gelombang de Broglie, menentukan momentum elektron ketika membentur kaca, menentukan suhu radiasi benda hitam jikalau daya radiasi diketahui, menentukan kekerabatan 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 jikalau lempeng disinari dengan panjang gelombang di atas 500 nm. Dengan menggunakan panjang gelombang tertentu λ, ternyata diperlukan 3,1 volt untuk menghentikan arus fotolistrik yang terpancar dari lempeng. Panjang gelombang λ tersebut ialah …
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 = 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

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.

Baca Juga:  Download Raport Kurikulum 2013 Edisi Revisi 2016

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 alasannya ialah 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 jikalau 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 ketika membentur beling TV ialah …
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 ialah …
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

⇒ 16 = T14/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

Baca Juga:  Pembahasan Soal SBMPTN Biologi Jaringan Tumbuhan

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

⇒ λ = 1,23 x 10-10  m

Jawaban : A

Soal 6
Dalam efek fotolistrik, energi foto elektron bertambah dengan bertambahnya intensitas cahaya yang datang.

SEBAB

Berkas cahaya dengan intensitas yang berpengaruh menghasilkan foto elektron lebih banyak daripada berkas yang intensitasnya lemah pada frekuensi sama.

Pembahasan :
Intensitas cahaya bekerjasama bersahabat 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 ketika datang ialah 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 ketika datang ialah 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 ialah …
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 = 6,21 x 10-7
⇒ λ = 621 nm

Jawaban : B

Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Termodinamika dan Kinetik Gas.

Soal 9
Grafik di bawah ini merupakan data efek fotolistrik.

Pembahasan Soal SBMPTN Fisika Gelombang Elektromagnetik

Pernyataan yang benar ialah …
(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

Baca Juga:  Pembahasan Soal SBMPTN Fisika Cahaya dan Alat Optik

Pembahasan :
Energi minimal atau energi ambang untuk membangkitkan elektron ke tingkat ambang ialah 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 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 ialah 2 dan 4.

Jawaban : C

Soal 10
Diagram di bawah ini menyampaikan empat tingkatan energi suatu atom logam.
Pembahasan Soal SBMPTN Fisika Gelombang Elektromagnetik
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 akhir 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.
Pembahasan Soal SBMPTN Fisika Gelombang Elektromagnetik
Dari gambar di atas dapat kita lihat ada 6 garis spektrum yang mungkin terjadi akhir 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

⇒ λ = 1 x 10-7 m
Pernyataan (2) benar.

Karena pernyataan (1) dan (2) benar, maka pernyataan (3) juga benar. Makara kita tinggal memeriksa pernyataan (4).

Rentang panjang gelombang sinar tampak ialah 4 x 10-7 m hingga 7 x 10-7 m. Sedangkan rentang panjang gelombang spektrum emisi di atas ialah 1 x 10-7 m hingga 5 x 10-7 m. Jadi, ada komponen spektrum emisi yag merupakan sinar tampak.

Dengan demikian, opsi yang benar ialah 1, 2, 3, dan 4.

Jawaban : E