Contoh Latihan Soal Fenomena Kuantum [PDF]

Citation preview

CONTOH LATIHAN SOAL FENOMENA KUANTUM



Nama: Eirene Valeri Kelas: XII MIPA 3 No. Absen : 9



1. Permukaan benda pada suhu 37oC meradiasikan gelombang elektromagnetik . Bila nilai konstanta Wien = 2,898 x 10 −3 m.K, maka panjang gelombang maksimum radiasi permukaaan adalah.... A. 8,898 x 10−6 m B. 9,348 x 10−6 m C. 9,752 x 10−6 m D. 10,222 x 10−6 m E. 1,212 x 10−6 m



2. Frekuensi cahaya tampak 6 . 1014 Hz. Jika h = 6,625 . 10-34 J.s, maka besar energi fotonnya adalah... A. 1,975 . 10-17 Joule B. 2,975 . 10-18 Joule C. 3,975 . 10-19 Joule D. 4,975 . 10-19 Joule E. 5,975 . 10-19 Joule



Pembahasan: Diketahui: f = 6 . 1014 Hz h = 6,625 . 10-34 J.s n=1



Ditanya: E Jawab: E = n . h . f = 1 . 6,625 . 10-34 J.s . 6 . 1014 Hz E = 3,975 . 10-19 joule (C.) 3. Intensitas radiasi yang diterima pada dinding dari tungku pemanas ruangan adalah 66,3 W.m−2 . Jika tungku ruangan dianggap benda hitam dan radiasi gelombang elektromagnetik pada panjang gelombang 600 nm, maka jumlah foton yang mengenai dinding persatuan luas persatuan waktu adalah…( h = 6,63 x 10− 34 J.s, c = 3 x 108 m.s−1) A. 1 x 1019 foton B. 2 x 1019 foton C. 2x 1020 foton D. 5x 1020 foton E. 5 x 1021 foton



Pembahasan: Diketahui: I = 66,3 W/m2 λ = 600 nm = 6 . 10-7 m h = 6,63 x 10− 34 J.s c = 3 x 108 m/s Ditanya: n



/



A.t



=



...



4. Perhatikan pernyataan berikut: 1) Lepas tidaknya elektron dari logam ditentukan oleh panjang gelombang cahaya yang datang. 2) Intensitas cahaya yang datang tidak menjamin keluarnya elektron dari permukaan logam. 3) Dibawah frekuensi ambang, elektron tetap keluar dari logamnya asal intensitas cahaya yang datang diperbesar. Pernyataan yang benar yang berkaitan dengan efek fotolistrik adalah... A. 1, 2, dan 3 B. 1 dan 2 C. 1 dan 3



D. 2 dan 3 E. 3 saja Jawaban: B 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 setiap logam selalu sama. Pernyataan yang benar berkaitan dengan efek fotolistrik adalah... A. 1, 2, dan 3 B. 1 dan 2 C. 1 dan 3 D. 1 saja E. 3 saja Jawaban: B



6. Suatu permukaan logam yang fungsi kerjanya 4 . 10-19 joule disinari cahaya yang panjang gelombangnya 3300 Ǻ. Tetapan Planck = 6,6 . 10-34 J.s dan cepat rambat cahaya = 3 . 108 m/s, energi kinetik maksimum elektron adalah... A. 2,4 . 10-21 joule B. 1,2 . 10-20 joule C. 2,0 . 10-19 joule D. 4,6 . 10-19 joule E. 6. 10-18 joule Pembahasan: Diketahui: hf0 = 4 . 10-19 joule λ = 3300 Ǻ = 33 . 10-8 m h = 6,6 . 10-34 J.s c = 3 . 108 m/s



7.Elektron bermassa 9,0 x 10−31 kilogram bergerak dengan kecepatan 2,2 x 107ms−1 (Tetapan Planck = 6,6 x 10−34 Js) memiliki panjang gelombang de Broglie sebesar..... A. 3,3 x 10−11 m B. 4,5 x 10−11 m C. 5,2 x 10−11 m D. 6,7 x 10−11 m E. 8,0 x 10−11 m



8.Perhatikan pernyataan berikut: 1) Peristiwa fotolistrik dapat dijelaskan dengan menganggap cahaya terdiri dari paket-paket energi 2) Peristiwa efek fotolistrik dapat embuktikan bahwa cahaya dapat berperilaku sebagai gelombang 3) Energi elektron yang keluar dari permukaan logam bergantung pada frekuensi 4) Peristiwa efek fotolistrik terjadi pada sekitar daerah inframerah Pernyataan yang benar tentang efek fotolistrik adalah A. 1 dan 2 B. 1 dan 3 C. 1 dan 4 D. 2 dan 3 E. 2 dan 4



Jawaban: B 9.Grafik menyatakan hubungan intensitas gelombang (I) terhadap panjang gelombang, pada saat intensitas maksimum dari radiasi suatu benda hitam sempurna.



Jika konstanta Wien = 2,9 x 10−3 m.K maka panjang gelombang radiasi maksimum pada T1 adalah... A. 5000 Å B. 10.000 Å C. 14.500 Å D. 20.000 Å E.25.000 Å



Pembahasan; λm = 2,9 x 10−3 m.K / (1727 + 273) λm = 2,9 x 10−3 m.K / 2000 λm = 14.500 Å Jawaban: C 10.Pernyataan yang benar tentang efek fotolistik adalah... A. Peristiwa dapat dijelaskan dengan menganggap cahaya sebagai gelombang B. Elektron yang keluar dari permukaan logam akan berkurang jika frekuensi cahayanya diperbesar C. Intensitas cahaya tidak mempengaruhi energi elektron yang keluar dari permukaan logam D. Efek fotolistrik terjadi pada daerah inframerah E. Efek fotolistrik akan terjadi asalka intensitas cahaya yang mengenai logam cukup besar Jawaban: C 11. pernyataan berikut yang tidak menggambarkan teori kuantum planck adalah... a. semua foton merupakan gelombang elektromagnet b. kecepatan foton sama dengan kecepatan cahaya c. energi dalam satu foton adalah E = c/λ d. cahaya terdiri dari kuantum-kuantum e. efek compton menerapkan teori kuantum planck Jawaban : C



12c 13. ketika elektron foton dikeluarkan dari suatu permukaan logam oleh radiasi gelombang elektromagnetik kelajuan maksimumnya bergantung pada... a. intensitas radiasi b. frekuensi, intensitas radiasi dan fungsi kerja logam c. frekuensi radiasi d. frekuensi radiasi dan fungsi kerja logam e. frekuensi dan intensitas radiasi Jawaban: D



14 . gejala efek fotolistrik dapat dijelaskan dengan dasar... a. prinsip superposisi b. teori relativitas cahaya c. hukum kekekalan momentum d. teori foton e. teori gelombang cahaya Jawaban: D 15. 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) (A) 5,33 . 1018 foton.s m−2 (B) 4,33 . 1018 foton.s m−2 (C) 3,33 . 1018 foton.s m−2 (D) 2,33 . 1018 foton.s m−2 (E) 1,33 . 1018 foton.s m−2 Pembahasan: Daya Lampu yang memiliki spesifikasi 132 W/220 V saat dipasang pada tegangan 110 V dayanya akan turun menjadi : P2 =(V2/V1)2 x P1 P2 =(110/220)2 x 132 watt = 33 watt Intensitas (daya persatuan luas) pada jarak 2,5 meter : I = (P/A) dengan A adalah luas permukaan, anggap berbentuk bola (luas bola empat kali luas lingkaran). I = (P/4π r2)



I = (33/4π (2,5)2) = 0,42 watt/m2 0,42 watt/m2 → Energi tiap sekon persatuan luas adalah 0,42 joule. Jumlah foton (n) : n = 0,42 : (hc/λ) = [ 0,42 ] : [ ( 6,6 x 10−34 )( 3 x 108 )/( 628 x 10−9 ) ] = ( 0,42 ) : (3,15 x 10−19 ) n = 1,33 x 1018 foton (E.) 16. Panjang gelombang cahaya yang dipancarkan oleh lampu monokromatis 100 watt adalah 5,5.10−7 m. Cacah foton (partikel cahaya) per sekon yang dipancarkan sekitar…. A. 2,8 x 1022 /s B. 2,0 x 1022 /s C. 2,6 x 1020 /s D. 2,8 x 1020 /s E. 2,0 x 1020 /s Pembahasan: Data: P = 100 watt → Energi yang dipancarkan tiap sekon adalah 100 joule. Energi 1 foton E = h(c/λ) E = (6,6 x 10−34 )( 3 x 108/5,5 x 10−7 ) joule Jumlah foton (n) n = 100 joule : [ (6,6 x 10−34 )( 3 x 108/5,5 x 10−7 ) joule] = 2,8 x 1020 foton.(D.) 17. Intensitas radiasi yang diterima pada dinding dari tungku pemanas ruangan adalah 66,3 W.m−2. Jika tungku ruangan dianggap benda hitam dan radiasi gelombang elektromagnetik pada panjang gelombang 600 nm, maka jumlah foton yang mengenai dinding persatuan luas persatuan waktu adalah ….(h = 6,63 x10− 34 J.s, c = 3 x 108 m.s− 1) A. 1 x 1019 foton B. 2 x 1019 foton C. 2 x 1020 foton D. 5 x 1020 foton E. 5 x 1021 foton Pembahasan: Data : I = 66,3 W.m−2 → Energi yang diterima tiap sekon tiap meter persegi adalah 66,3 joule.



Energi 1 foton E = h(c/λ) E = (6,63 x 10−34 )( 3 x 108/600 x 10−9 ) joule Jumlah foton tiap sekon tiap satuan luas adalah: n = 66,3 joule : [ (6,63 x 10−34 )( 3 x 108/600 x 10−9 ) joule] = 2 x 1020 foton (C.) 18. Tentukan perbandingan kuanta energi yang terkandung dalam sinar dengan panjang gelombang 6000 Å dan sinar dengan panjang gelombang 4000 Å ! Pembahasan: Data : λ1 = 6000 Å λ2 = 4000 Å E = h(c/λ) E / = λ : λ = 4000 : 6000 = 2 : 3 1 E2 2 1 19. . Energi foton sinar gamma adalah 108 eV. Jika h = 6,6 x 10−34 Js dan c = 3 x 108 m/s, tentukan panjang gelombang sinar gamma tersebut dalam satuan angstrom! Pembahasan: Data: E = 108 eV = 108 x (1,6 x 10−19) joule = 1,6 x 10−11 joule h = 6,6 x 10−34 Js c = 3 x 108 m/s λ = …? λ = hc / E λ = ( 6,6 x 10−34)(3 x 108) / (1,6 x 10−11) λ = 12,375 x 10−15 meter =12,375 x 10−15 x 1010 Å = 12,375 x 10−5 Å 20. Panjang gelombang cahaya yang dipancarkan oleh lampu monokromatis 100 watt adalah 5,5.10−7 m. Cacah foton (partikel cahaya) per sekon yang dipancarkan sekitar.... A. 2,8 x 1022 /s B. 2,0 x 1022 /s C. 2,6 x 1020 /s D. 2,8 x 1020 /s E. 2,0 x 1020 /s Pembahasan: Data :



P = 100 watt → Energi yang dipancarkan tiap sekon adalah 100 joule. Energi 1 foton E = h(c/λ) E = (6,6 x 10−34 )( 3 x 108/5,5 x 10−7 ) joule Jumlah foton (n) n = 100 joule : [ (6,6 x 10−34 )( 3 x 108/5,5 x 10−7 ) joule] = 2,8 x 1020 foton. (D.) 21. Intensitas radiasi yang diterima pada dinding dari tungku pemanas ruangan adalah 66,3 W.m−2. Jika tungku ruangan dianggap benda hitam dan radiasi gelombang elektromagnetik pada panjang gelombang 600 nm, maka jumlah foton yang mengenai dinding persatuan luas persatuan waktu adalah ....(h = 6,63 x 10− 34 J.s, c = 3 x 108 m.s− 1) A. 1 x 1019 foton B. 2 x 1019 foton C. 2 x 1020 foton D. 5 x 1020 foton E. 5 x 1021 foton



Pembahasan Data : I = 66,3 W.m−2 → Energi yang diterima tiap sekon tiap meter persegi adalah 66,3 joule. Energi 1 foton E = h(c/λ) E = (6,63 x 10−34 )( 3 x 108/600 x 10−9 ) joule Jumlah foton tiap sekon tiap satuan luas adalah: n = 66,3 joule : [ (6,63 x 10−34 )( 3 x 108/600 x 10−9 ) joule] = 2 x 1020 foton (C.) 22. Tentukan perbandingan kuanta energi yang terkandung dalam sinar dengan panjang gelombang 6000 Å dan sinar dengan panjang gelombang 4000 Å ! Pembahasan Data : λ1 = 6000 Å λ2 = 4000 Å E = h(c/λ) E / = λ : λ = 4000 : 6000 = 2 : 3 1 E2 2 1



23. Energi foton sinar gamma adalah 108 eV. Jika h = 6,6 x 10−34 Js dan c = 3 x 108 m/s, tentukan panjang gelombang sinar gamma tersebut dalam satuan angstrom! Pembahasan Data : E = 108 eV = 108 x (1,6 x 10−19) joule = 1,6 x 10−11 joule h = 6,6 x 10−34 Js c = 3 x 108 m/s λ = ...? λ = hc / E λ = ( 6,6 x 10−34)(3 x 108) / (1,6 x 10−11) λ = 12,375 x 10−15 meter =12,375 x 10−15 x 1010 Å = 12,375 x 10−5 Å 24. 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) (A) 5,33 . 1018 foton.s m−2 (B) 4,33 . 1018 foton.s m−2 (C) 3,33 . 1018 foton.s m−2 (D) 2,33 . 1018 foton.s m−2 (E) 1,33 . 1018 foton.s m−2



Pembahasan: Daya Lampu yang memiliki spesifikasi 132 W/220 V saat dipasang pada tegangan 110 V dayanya akan turun menjadi : P2 =(V2/V1)2 x P1 P2 =(110/220)2 x 132 watt = 33 watt Intensitas (daya persatuan luas) pada jarak 2,5 meter : I = (P/A) dengan A adalah luas permukaan, anggap berbentuk bola (luas bola empat kali luas lingkaran). I = (P/4π r2) I = (33/4π (2,5)2) = 0,42 watt/m2 0,42 watt/m2 → Energi tiap sekon persatuan luas adalah 0,42 joule. Jumlah foton (n) : n = 0,42 : (hc/λ) = [ 0,42 ] : [ ( 6,6 x 10−34 )( 3 x 108 )/( 628 x 10−9 ) ] = ( 0,42 ) : (3,15 x 10−19 ) n = 1,33 x 1018 foton (E.)



25. Tentukan kuanta energi yang terkandung dalam sinar dengan panjang gelombang 6600 Å jika kecepatan cahaya adalah 3 x 108 m/s dan tetapan Planck adalah 6,6 x 10−34 Js ! Pembahasan E = h(c/λ) E = (6,6 x 10−34 )( 3 x 108/6600 x 10−10 ) = 3 x 10−19 joule 26. Energi ambang logam aluminum adalah 2,3 eV, cahaya dengan panjang frekuensi 2 x 10 14 Hz akan mengeluarkan fotoelektron dengan energi kinetik sebesar…. A. 0,3 eV B. 0,43 eV C. 2,9 eV D. 4,3 eV E. 0 eV JAWAB: Dari efek foto listrik :



h.f = W0 + Ek Untuk merubah satuan eV (elektron volt) menjadi Joule maka nilai dalam eV dikalikan dengan 1,6 x 10-19 sehingga satuannya menjadi Joule. Seperti nilai W0 di soal diketahui dalam satuan eV, sehingga harus dirubah terlebih dahulu ke dalam satuan Joule. 6,63 x 10-34 (2 x 1014) = 2,3 (1,6 x 10-19) + Ek Ek = 1,326 x 10-19 – 3,68 x 10-19 = – 2,354 x 10-19 Hasil negatif, artinya elektron tidak mampu dikeluarkan dari ikatan logam Sehingga nilai Ek = 0 Jadi jawaban yang benar adalah… E. 0 eV 27. .Perhatikan pernyataan berikut: 1) Peristiwa fotolistrik dapat dijelaskan dengan menganggap cahaya terdiri dari paket-paket energi 2) Peristiwa efek fotolistrik dapat embuktikan bahwa cahaya dapat berperilaku sebagai gelombang 3) Energi elektron yang keluar dari permukaan logam bergantung pada frekuensi 4) Peristiwa efek fotolistrik terjadi pada sekitar daerah inframerah Pernyataan yang benar tentang efek fotolistrik adalah



A. 1 dan 2 B. 1 dan 3 C. 1 dan 4 D. 2 dan 3 E. 2 dan 4 Jawaban: B 28. gejala efek fotolistrik dapat dijelaskan dengan dasar... a. prinsip superposisi b. teori relativitas cahaya c. hukum kekekalan momentum d. teori foton e. teori gelombang cahaya Jawaban: D 29. gejala efek fotolistrik dapat dijelaskan dengan dasar... a. prinsip superposisi b. teori relativitas cahaya c. hukum kekekalan momentum d. teori foton e. teori gelombang cahaya Jawaban: D 30. . Frekuensi cahaya tampak 6 . 1014 Hz. Jika h = 6,625 . 10-34 J.s, maka besar energi fotonnya adalah... A. 1,975 . 10-17 Joule B. 2,975 . 10-18 Joule C. 3,975 . 10-19 Joule D. 4,975 . 10-19 Joule E. 5,975 . 10-19 Joule



Pembahasan: Diketahui: f = 6 . 1014 Hz h = 6,625 . 10-34 J.s n=1 Ditanya: E Jawab: E = n . h . f = 1 . 6,625 . 10-34 J.s . 6 . 1014 Hz E = 3,975 . 10-19 joule (C.)