Sebelumnya, kita telah membahas 10 soal fisika kuantum (bagian 2). Berikut 10 soal dan pembahasan fisika kuantum (bagian 3) yang anda pelajari.
Baca sebelumnya : 10 Soal & Pembahasan Fisika Kuantum (bagian 2) ǀ Pilihan Ganda
Pilihlah jawaban yang tepat dari pilihan di bawah ini.
21. Mesin laser menghasilkan cahaya laser dengan panjang gelombang 540 nm, daya outputnya 40 mW. Laju pancaran foton yang dihasilkan mesin tersebut adalah . . .
A. 1,09 x 1018 foton/s
B. 1,15 x 1018 foton/s
C. 1,25 x 1018 foton/s
D. 1,27 x 1018 foton/s
E. 1,37 x 1018 foton/s
Pembahasan :
Diketahui :
λ = 540 nm = 540 x 10-9 m = 5,4 x 10-7 m
P = 40 mW = 0,04 W
h = 6,63 x 10-34 Js
c = 3 x 108 m/s
Ditanya : laju pancaran foton (n/t)
| E | = | E |
| n.h.c/λ | = | P.t |
| n/t | = | P.λ/ h.c |
| n/t | = | (0,4)(5,4 x 10-7)/ (6,63 x 10-34)(3 x 108) |
| n/t | = | 0,109 x 1019 |
| n/t | = | 1,09 x 1018 |
Jawaban A.
22. Lampu biru memancarkan cahaya dengan panjang gelombang rata-rata 4500 Å. Spesifikasi lampu adalah 150 W dan 80% dari energinya dalam bentuk cahaya yang dipancarkan. Banyaknya foton yang terpancar tiap detik sebanyak . . .
A. 2,2 x 1020 foton
B. 2,7 x 1020 foton
C. 3,3 x 1020 foton
D. 4,1 x 1020 foton
E. 5,5 x 1020 foton
Pembahasan :
Diketahui :
λ = 4500 Å = 4500 x 10-10 m = 4,5 x 10-7 m
P = 80% x 150 W = 120 W
h = 6,63 x 10-34 Js
c = 3 x 108 m/s
Ditanya : laju pancaran foton (n/t)
| E | = | E |
| n.h.c/λ | = | P.t |
| n/t | = | P.λ/ h.c |
| n/t | = | (120)(4,5 x 10-7)/ (6,63 x 10-34)(3 x 108) |
| n/t | = | 27,15 x 1019 |
| n/t | = | 2,7 x 1020 |
Jawaban B
23. Perhatikan pernyataan berikut!
1) Energi kinetik maksimum tidak tergantung pada intensitas
2) Efek fotolistrik terjadi pada daerah ultraungu
3) Frekuensi foton lebih besar dari frekuensi ambang
4) Frekuensi ambang semua logam sama
Pernyataan yang benar berkaitan dengan efek fotolistrik adalah . . .
A. 1 dan 2
B. 1 dan 3
C. 2 dan 3
D. 2 dan 4
E. 3 dan 4
Pembahasan :
Ek = E – W = h.f – h.f0 = h (f – f0)
E = P.t = I.A.t
Dari kedua persamaan di atas, kita simpulkan bahwa energi kinetik bergantung pada intensitas I dan frekuensi foton f lebih besar dari frekuensi ambang f0
Jawaban B.
24. Permukaan logam disinari cahaya yang mempunyai frekuensi tertentu. Ternyata penyinaran tersebut tidak menimbulkan foto elektron pada permukaan logam. Agar logam memancarkan foto elektron, maka
1) Harus digunakan cahaya yang frekuensinya lebih besar
2) Tebal logam harus dikurangi
3) Harus digunakan cahaya dengan panjang gelombang lebih kecil
4) Intensitas cahaya yang digunakan harus dinaikkan
Pernyataan yang benar ditunjukkan nomor . . .
A. 1, 2, dan 3
B. 1 dan 3
C. 2 dan 4
D. 4 saja
E. 1, 2, 3, dan 4
Pembahasan :
Ketika tidak terjadi foto elektron artinya energi kinetik (Ek) nya sama dengan nol, energi kinetik (Ek) tidak akan nol, jika nilai energi yang dijatuhkan (E) lebih besar daripada energi ambang (E0).
Ek = E – E0 = hf – hf0 (frekuensi f harus lebih besar dari frekuensi ambang f0). Frekuensi juga akan semakin besar, jika panjang gelombang diperpendek.
Persamaan energi yang dijatuhkan (E) juga P.t = I.A.t
Jawaban B.
25. Perhatikan pernyataan berikut!
1) Elektron yang terpancar pada peristiwa efek fotolistrik disebut elektron foton
2) Laju elektron yang terpancar tidak bergantung pada intensitas cahaya yang mengenai permukaan logam
3) Energi kinetik elektron yang terpancar tergantung pada energi gelombang cahaya yang mengenai permukaan logam
4) Untuk mengeluarkan elektron dari permukaan logam tidak bergantung pada frekuensi ambang
Pernyataan yang benar tentang efek fotolistrik adalah . . .
A. 1 dan 2
B. 1 dan 3
C. 2 dan 3
D. 2 dan 4
E. 3 dan 5
Pembahasan :
Saat logam dikenai foton dengan energi tertentu, elektron akan lepas dari logam dan bergerak dengan kelajuan tertentu. Elektron ini disebut elektron foton. Foton yang bergerak ini memiliki energi kinetik tertentu bergantung pada frekuensi foton yang jatuh mengenai logam.
Energi kinetik foton adalah Ek = E – E0 = hf – hf0. Kita tahu bahwa persamaan lain dari E adalah E = P.t = I.A.t dan Ek = (1/2)mv2. Kita tahu bahwa semakin tinggi kelajuan, semakin tinggi energi kinetiknya Ek dan energi jatuhnya foton E harus besar, dimana E berbanding lurus dengan intensitas I.
Jika foton yang mengenai logam memiliki frekuensi f kurang dari frekuensi ambang f0, maka elektron tidak akan lepas. (f ≥ f0 agar elektron foton terlepas).
Jawaban B.
26. Panjang gelombang ambang suatu logam adalah 6000 Å. Jika logam disinari dengan cahaya yang panjang gelombangnya 3000 Å dan besar tetapan Planck 6,6 x 10-34 Js, maka energi kinetik maksimum yang terlepas . . .
A. 3,3 x 10-19 J
B. 6,3 x 10-19 J
C. 6,6 x 10-19 J
D. 3,4 x 10-20 J
E. 6,6 x 10-20 J
Pembahasan :
Diketahui :
λ0 = 6000 Å = 6,0 x 10-7 m
λ = 3000 Å = 3,0 x 10-7 m
h = 6,6 x 10-34 Js
c = 3 x 108 m/s
Ditanya : energi kinetik (Ek)
| Ek | = | E – E0 |
| Ek | = | h.f – hf0 |
| Ek | = | h (f – f0) |
| Ek | = | h ((c/λ) - (c/λ0)) |
| Ek | = | h.c /(λ - λ0) |
| Ek | = | h.c /(6 – 3) x 10-7 |
| Ek | = | (6,6 x 10-34).(3 x 108)/ (3 x 10-7) |
| Ek | = | 6,6 x 10-19 |
Jawaban C.
27. Grafik di bawah ini yang menunjukkan hubungan antara energi kinetik (Ek) maksimum elektron terhadap frekuensi foton (f) pada efek fotolistrik.
A. 48 x 1014 Hz
B. 21 x 1014 Hz
C. 14 x 1014 Hz
D. 9,4 x 1014 Hz
E. 8,9 x 1014 Hz
Pembahasan :
Diketahui :
1 eV = 1,6 x 10-19 J
Ek = 0,2 eV
E0 = 3,7 eV
h = 6,6 x 10-34 Js
Ditanya : frekuensi foton (f)
Mencari energi foton (E)
| Ek | = | E – E0 |
| E | = | Ek + E0 |
| E | = | (0,2 + 3,7) |
| E | = | 3,9 eV |
| E | = | 6,24 x 10-19 J |
Mencari frekuensi foton (f)
| E | = | h.f |
| 6,24 x 10-19 | = | (6,6 x 10-34)f |
| f | = | 0,945 x 1015 |
| f | = | 9,45 x 1014 |
Jawaban D.
28. Elektron yang massanya 9,0 x 10-11 kg bergerak dengan laju 2,2 x 102 m/s. Jika besar konstanta Planck adalah 6,6 x 10-34 Js, maka panjang gelombang de Broglie dari elektron tersebut adalah. . .
A. 4,0 x 10-11 m
B. 3,6 x 10-11 m
C. 3,3 x 10-11 m
D. 3,0 x 10-11 m
E. 2,6 x 10-11 m
Pembahasan :
Diketahui :
m = 9,0 x 10-31 kg
v = 2,2 x 107 m/s
h = 6,6 x 10-34 Js
Ditanya : panjang gelombang (λ)
| p | = | h/ λ |
| m.v | = | h/ λ |
| λ | = | h/m.v |
| λ | = | (6,6 x 10-34)/(9,0 x 10-31).(2,2 x 107) |
| λ | = | 0,33 x 10-10 J |
| λ | = | 0,33 x 10-11 J |
Jawaban C.
29. Foton dengan panjang gelombang 0,4 nm mengenai elektron yang diam, sehingga foton memantul dengan sudut 120o terhadap arah semula. Panjang gelombang foton setelah memantul sebesar. . .
A. 4,036 Å
B. 3,036 Å
C. 2,036 Å
D. 1,036 Å
E. 0,036 Å
Pembahasan :
Diketahui :
λ = 0,4 nm = 0,4 x 10-9 m = 400 x 10-12 m
cos 120 = (-1/2)
m = 9,1 x 10-31 kg
c = 3 x 108 m/s
h = 6,6 x 10-34 Js
h/mc = 0,244 x 10-11 = 2,42 x 10-12
Ditanya : panjang gelombang setelah tumbukan (λ’)
| λ' - λ | = | (h/mc)(1 – cos θ) |
| λ' - λ | = | (h/mc)(1 – sin θ) |
| λ' | = | (2,42 x 10-12)(1 – (-1/2)) + λ |
| λ' | = | (2,42 x 10-12)(3/2) + λ |
| λ' | = | (3,62 x 10-12) + (400 x 10-12) |
| λ' | = | 403,62 x 10-12 meter |
| λ' | = | 403,62 x 10-2 Å |
| λ' | = | 4,0362 Å |
Jawaban A.
30. Sinar yang panjang gelombangnya 8 nm dihamburkan oleh sasaran berupa lempengan logam. Panjang gelombang sinar X yang terhambur pada sudut 60o adalah. . .
A. 9,22 x 10-12 m
B. 9,46 x 10-12 m
C. 9,63 x 10-13 m
D. 9,86 x 10-13 m
E. 20,0 x 10-12 m
Pembahasan :
Diketahui :
λ = 8 pm = 8 x 10-12 m
cos 60 = (1/2)
m = 9,1 x 10-31 kg
c = 3 x 108 m/s
h = 6,6 x 10-34 Js
h/mc = 0,244 x 10-11 = 2,42 x 10-12
Ditanya : panjang gelombang setelah tumbukan (λ’)
| λ' - λ | = | (h/mc)(1 – cos θ) |
| λ' - λ | = | (h/mc)(1 – sin θ) |
| λ' | = | (2,42 x 10-12)(1 – (1/2)) + λ |
| λ' | = | (2,42 x 10-12)(1/2) + λ |
| λ' | = | (1,21 x 10-12) + (8 x 10-12) |
| λ' | = | 9,21 x 10-12 meter |
Jawaban A.
Baca selanjutnya : 10 Soal & Pembahasan Teknologi Digital (bagian 1) ǀ Pilihan Ganda
Demikian 10 soal dan pembahasan fisika kuantum (bagian 3) dari beberapa topik penting, yaitu efek compton, fotolistrik, foton, dan efek de Broglie.
 ǀ Pilihan Ganda){kind=link}
Post a Comment
Post a Comment