10 Soal & Pembahasan Fisika Kuantum (bagian 3) ǀ Pilihan Ganda
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.