SODRI PRAYITNO: Soal Fisika Modern

TUGAS MANDIRI

FISIKA MODERN

(PIPA3341)

PETUNJUK: UNTUK SOAL NOMOR 1 SAMPAI DENGAN 67 PILIHLAH SATU JAWABAN YANG PALING TEPAT!

1. Hukum pengungkit pertama kali dirumuskan oleh ....

A. Aristotle

B. Archimedes

C. Phytagoras

D. Ptolemy

2. Menurut hukum ketiga Kepler pangkat dua periode revolusi planet dengan jarak rata-rata planet terhadap matahari adalah ....

A. sebanding dengan pangkat dua

B. sebanding dengan pangkat tiga

C. berbanding terbalik denagn pangkat dua

D. berbanding terbalik dengan pangkat tiga

3. Menurut Galileo jarak yang ditempuh oleh benda yang bergerak pada bidang miring akan berubah. Jika selang waktunya dua kali selang waktu mula-mula, maka jarak yang ditempuh menjadi ....

A. seperempat kali jarak mula-mula

B. setengah kali jarak mula-mula

C. dua kali jarak mula-mula

D. empat kali jarak mula-mula

4. Jika jarak antara dua benda dibuat sepertiga kali jarak mula-mula, gaya gravitasi antara dua benda itu menjadi ....

A. sembilan kali gaya gravitasi mula-mula

B. tiga kali gaya gravitasi mula-mula

C. sepertiga kali gaya gravitasi mula-mula

D. sepersembilan kali gaya gravitasi mula-mula

5. Jika perbandingan luas penampang bejana besar dan bejana kecil dalam kempa hidrolik adalah 10 : 1, maka gaya angkat pada bejana besar ... kali gaya yang diberikan pada bejana kecil.

A. 100

B. 10

C. 0,1

D. 0,01

6. Suatu fluida dengan massa jenis 800 kg/m³ mengalir melalui pipa horisontal yang mempunyai bagian menyempit. Jika kecepatan fluida bagian yang menyempit sama dengan 5 m/s dan kecepatan fluida bagian yang lebar sama dengan 3 m/s, maka perbedaan tekanan antara bagian lebar dan bagian yang menyempit sama dengan ....

A. 12800 N/m²

B. 6400 N/m²

C. 1600 N/m²

D. 800 N/m²

7. Seberkas sinar datang dari udara ke permukaan air dengan sudut datang 30°. Jika indeks bias relatif air terhadap udara adalah 4/3, maka sudut bias sinar dalam air adalah ....

A. 48,6°

B. 36,9°

C. 22,0°

D. 20,6°

8. Ilmuwan yang pertama kali menyatakan bahwa panas merupakan fluida yang dapat menembus semua bahan dan menaikkan temperaturnya adalah ....

A. Galileo

B. Robert Boyle

C. James Black

D. Lord Kelvin

9. Ilmuwan yang pertama kali menemukan hubungan antara gejala listrik dan gejala magnet secara eksperimen adalah ....

A. Hans Christian Oersted

B. Alexandro Volta

C. Benyamin Franklin

D. George Simon Ohm

10. Menurut hukum Charles, tekanan gas dalam ruangan tertutup akan berubah jika temperatur mutlak gas diubah. Apabila temperatur mutlak gas dibuat menjadi dua kali temperatur mula-mula maka tekanannya menjadi ....

A. seperempatnya

B. setengahnya

C. dua kalinya

D. empat kalinya

11. Jika temperatur mutlak suatu benda hitam dinaikkan menjadi tiga kali temperatur mula-mula, maka daya yang dipancarkan tiap satuan luas menjadi ....

A. tiga kalinya

B. sembilan kalinya

C. dua puluh tujuh kalinya

D. delapan puluh satu kalinya

12. Menurut hukum Boyle hubungan antara tekanan P dan volume V untuk gas dalam ruangan tertutup ditunjukkan pada grafik ....

13. Dalam suatu mesin Carnot temperatur bejana pendidih dan bejana pendingin secara berturut-turut adalah 98 °C dan 4 °C. Efisiensi mesin Carnot tersebut adalah ....

A. 4%

B. 25%

C. 94%

D. 96%

14. Sebuah kereta api bergerak ke selatan dengan laju 40 m/s (relatif terhadap tanah) pada waktu hujan tertiup oleh angin ke selatan. Lintasan titik-titik air itu membentuk sudut 30° terhadap garis vertikal menurut pengamat yang diam terhadap tanah. Tetapi, menurut pengamat yang duduk dalam kereta, lintasan titik-titik air tersebut berupa garis vertikal pada kaca jendela kereta. Laju titik-titik air itu terhadap tanah kira-kira ....

A. 80 m/s

B. 46 m/s

C. 35 m/s

D. 20 m/s

15. Seseorang berjalan ke arah atas pada eskalator yang diam dan memerlukan waktu 90 sekon untuk mencapai lantai atas. Jika orang tersebut berdiri di atas eskalator yang sama dan eskalator itu sedang bergerak, ia mencapai lantai atas dalam waktu 60 sekon. Jika orang tersebut berjalan ke arah atas pada eskalator yang sedang berjalan tersebut, maka waktu yang diperlukan kira-kira ....

A. 150 sekon

B. 36 sekon

C. 30 sekon

D. 1,5 sekon

16. Dalam mengembangkan teori-teori fisika, ilmuwan seringkali melakukan ‘gendanken experiment’ atau ‘thought experimen’ yaitu eksperimen yang ....

A. dilakukan di laboratorium

B. dibayangkan secara khayal

C. dilakukan di lingkungan sekitarnya

D. dilakukan di alam terbuka

17. Masalah paradoks anak kembar dapat dijelaskan dengan mempertimbangkan faktor ....

A. asimetri

B. kontraksi panjang

C. dilasi waktu

D. laju cahaya

18. Menurut efek Doppler gelombang cahaya, frekuensi cahaya bintang yang diterima oleh pengamat di bumi akan bergeser jika bintang itu bergerak menjauhi bumi. Pergeseran tersebut menuju ke arah ....

A. merah

B. ungu

C. panjang gelombang pendek

D. frekuensi gelombang yang tinggi

19. Menurut efek Doppler gelombang cahaya, ‘pergeseran merah’ spektrum benda langit menunjukkan bahwa benda langit itu bergerak ....

A. menjauhi bumi

B. mendekati bumi

C. mengelilingi bumi

D. dalam arah tegak lurus permukaan bumi

20. Sebuah partikel sinar kosmis mendekati bumi sepanjang sumbunya menuju kutub utara dengan kecepatan 0,80c. Sebuah partikel sinar kosmis lain bergerak sepanjang sumbunya menuju kutub selatan dengan kecepatan 0,60c. Besarnya kecepatan relatif partikel satu terhadap partikel lainnya adalah ....

A. 1,40c

B. 0,95c

C. 0,20c

D. 0,14c

21. Sebuah partikel tak-stabil yang berenergi tinggi memasuki detektor dan meninggalkan jejak sepanjang 1,05 mm sebelum meluruh. Jika laju relatif partikel terhadap detektor adalah 0,992c, umur partikel sebenarnya kira-kira ....

A. 2,79 x 10^-11 sekon

B. 3,53 x 10^-12 sekon

C. 3,50 x 10^-12 sekon

D. 4,45 x 10^-13 sekon

22. Massa relativistik suatu benda yang sedang bergerak ....

A. lebih besar daripada massa diamnya

B. lebih kecil daripada massa diamnya

C. sebanding dengan akar massa diamnya

D. sebanding dengan kuadrat massa diamnya

23. Dalam relativitas khusus, energi total partikel yang bergerak sebanding dengan ....

A. massa relativistiknya

B. laju cahaya

C. kecepatannya

D. kuadrat kecepatannya

24. Dalam dinamika relativistik, hubungan antara energi total E, energi diam E_o, dan momentum partikel p dapat dituliskan sebagai .... ( c adalah laju cahaya)

A. E = pc + E_o

B. E² = p²c² + E_o²

C. E = p²c² + E_o²

D. E² =pc + E_o

25. Dalam dinamika relativistik hubungan antara energi total E, energi diam E_o dan energi kinetik K suatu benda yang bergerak dinyatakan sebagai ....

A. E² = E_o² + K²

B. E² = E_o² - K²

C. E = E_o - K

D. E = E_o + K

26. Berdasarkan kesetaraan massa dan energi, besarnya faktor konversi antara satuan massa dan energi kira-kira ....

A. 3,0 x 10⁸ J/kg

B. 9,0 x 10¹⁶ J/kg

C. 1,6 x 10^-19 J/kg

D. 9,1 x 10^-91 J/kg

27. Sebuah proton mempunyai energi diam 938 MeV. Jika proton itu bergerak dengan laju 0,8c, maka energi kinetiknya sama dengan ....

A. 1563 MeV

B. 1173 MeV

C. 750 MeV

D. 625 MeV

28. Jika energi diam neutron sama dengan 940 MeV, maka neutron yang sedang bergerak dengan energi kinetik 260 MeV memiliki momentum kira-kira ....

A. 1200 MeV/c

B. 903 MeV/c

C. 746 MeV/c

D. 680 MeV/c

29. Rumusan Rayleigh-Jeans tentang radiasi termal bersesuaian dengan hasil-hasil eksperimen untuk ....

A. frekuensi rendah

B. frekuensi tinggi

C. panjang gelombang menengah

D. panjang gelombang pendek

30. Menurut Stefan, energi yang dipancarkan oleh permukaan benda hitam sempurna sebanding dengan ....

A. temperatur mutlaknya

B. kuadrat temperatur mutlaknya

C. pangkat tiga temperatur mutlaknya

D. pangkat empat temperatur mutlaknya

31. Panjang gelombang maksimum radiasi spektral benda hitam berbanding terbalik dengan ....

A. temperatur mutlaknya

B. kuadrat temperatur mutlaknya

C. pangkat tiga temperatur mutlaknya

D. pangkat empat temperatur mutlaknya

32. Dinding-dinding suatu radiator berongga dipertahankan pada temperatur 2000 K. Menurut rumus Plank rapat energi spektral

dalam rongga itu untuk frekuensi 1,5 x 10¹⁴ Hz adalah ....

A. 5,8 x 10^-17 J/m³ Hz

B. 1,2 x 10^-4 J/m³ Hz

C. 4,4 x 10^-3 J/m³ Hz

D. 3,6 J/m³ Hz

33. Suatu benda hitam sempurna mempunyai radiasi spektral maksimum pada panjang gelombang 25 mm. Jika konstanta Wien sama dengan 2898 mm K, temperatur mutlak benda hitam itu kira-kira ....

A. 1,8 K

B. 4,6 K

C. 115,9 K

D. 724,5 K

34. Gejala terlepasnya elektron dari permukaan logam karena disinari cahaya dengan panjang gelombang tertentu disebut ....

A. efek Compton

B. pemusnahan pasangan

C. emisi termionik

D. efek fotolistrik

35. Fungsi kerja logam kalium adalah 2,2 eV, yang setara dengan ....

A. 3,520 x 10^-19 Joule

B. 1,375 x 10^-19 Joule

C. 2,002 x 10^-31 Joule

D. 2,418 x 10^-30 Joule

36. Hubungan antara energi cahaya yang datang pada permukaan logam hn, fungsi kerja logam W₀ dan energi kinetik maksimum elektron yang terlepas dari permukaan logam K_m dapat dituliskan sebagai ....

A. K_m = hn + W_o

B. W_o = hn + K_m

C. hn = K_m - W_o

D. K_m = hn - W_o

37. Jika seberkas cahaya dengan energi 2,52 eV jatuh pada permukaan logam yang mempunyai fungsi kerja 2,90 x 10^-19 Joule, maka energi kinetik maksimum elektron yang terlepas kira-kira ....

A. 0,38 eV

B. 0,70 eV

C. 4,34 eV

D. 5,42 eV

38. Seberkas cahaya dengan energi 6,22 eV jatuh pada permukaan aluminium, sehingga energi kinetik maksimum elektron yang terlepas sebesar 2,03 eV. Potensial henti (stopping potensial) dalam efek fotolistrik ini kira-kira ....

A. 8,25 volt

B. 6,22 volt

C. 4,19 volt

D. 2,03 volt

39. Seberkas sinar X dengan panjang gelombang l datang pada permukaan kristal. Jika jarak antar atom kristal adalah d dan sudut yang dibentuk oleh berkas sinar datang dan permukaan kristal adalah q, maka hubungan antara tiga besaran itu dapat dituliskan sebagai ...., dengan n = 1, 2, 3, ....

A. 2d sin q = nl

B. d sin q = nl

C. d sin q = 2nl

D. 2d sin q = nl/2

40. Seberkas sinar X monokromatik dengan panjang gelombang 1,5 Å. jatuh pada permukaan kristal yang mempunyai jarak antar atom 1,6 Å. Sudut hamburan Bragg orde pertama yang terjadi adalah ....

A. 69,64º

B. 32,23º

C. 27,95º

D. 8,99º

41. Panjang gelombang minimum sinar X yang dihasilkan oleh tabung sinar X yang beroperasi pada 20 kV adalah ....

A. 0,08 Å

B. 0,62 Å

C. 1,61 Å

D. 12,50 Å

42. Produksi pasangan elektron dan positron dapat dihasilkan oleh foton jika energi foton itu sekurang-kurangnya ....

A. 0,51 MeV

B. 1,02 MeV

C. 1,60 MeV

D. 1,53 MeV

43. Seberkas sinar dengan panjang gelombang l menumbuk elektron bebas dengan massa diam m, sehingga elektron itu terpental dengan sudut q terhadap arah bebas sinar datang dan berkas sinar itu terhambur dengan sudut [c1]f terhadap arah berkas sinar datang. Jika laju cahaya adalah c dan konstanta Planck adalah h, rumus pergeseran panjang gelombang dalam hamburan Compton tersebut dapat dituliskan sebagai ....

A. Dl = h (1 - cos q)/m_oc

B. Dl = h (1 - cos f)/m_oc

C. Dl = m_oc (1 - cos q)/ h

D. Dl = m_oc (1 - cos f)/ h

44. Jika seberkas foton dipancarkan oleh bintang, frekuensi relatif foton ketika foton itu dipancarkan permukaan bintang sejauh H dapat dituliskan sebagai .... (dengan g adalah percepatan gravitasi dan c adalah laju cahaya).

A. Dn/n = gH/c²

B. Dn/n = gH/c

C. Dn/n = c/gH

D. Dn/n = c²/gH

45. Spektrum foton yang berasal dari suatu bintang yang memasuki medan gravitasi bumi akan bergeser ke arah ....

A. frekuensi yang lebih tinggi

B. frekuensi yang lebih rendah

C. ungu untuk cahaya tampak

D. panjang gelombang pendek

46. Seberkas sinar X dengan panjang gelombang 0,15 Å dihamburkan oleh elektron bebas dalam arah 37º terhadap arah berkas sinar datang. Jika massa elektron m = 9,1 x 10^-31 kg, konstanta Planck h = 6,626 x 10^-34 Js dan laju cahaya c = 3,0 x 10⁸ m/s, maka pergeseran panjang gelombang sinar X tersebut kira-kira ....

A. 0,0194 Å

B. 0,0243 Å

C. 0,1257 Å

D. 0,1694 Å

47. Hipotesis de Broglie didukung eksperimen yang dilakukan oleh ....

A. Franck-Hertz

B. Davisson-Germer

C. Compton

D. Planck

48. Menurut hipotesis de Broglie, jika momentum partikel diperbesar menjadi dua kali momentum mula-mula, maka panjang gelombang partikel tersebut menjadi ....

A. seperempat kalinya

B. setengah kalinya

C. dua kalinya

D. empat kalinya

49. Jika sebuah partikel mempunyai massa diam m dan bergerak dengan kecepatan v, maka panjang gelombang de Broglie partikel itu dapat dituliskan sebagai ....

50. Menurut teori atom Bohr, elektron yang bergerak dalam orbit K mempunyai energi -13,6 eV. Jika massa diam elektron m_o = 9,1 x 10^-31 kg dan konstanta Planck h = 6,626 x 10^-34 J s, maka panjang gelombang elektron tersebut adalah ....

A. 0,54 Å

B. 1,99 Å

C. 3,33 Å

D. 4,87 Å

51. Dalam eksperimen Davisson-Germer digunakan potensial pemercepat elektronw sebesar 60 volt. Jika jarak antar atom-atom kristal adalah 2,15 Å, maka sudut difraksi maksimum orde pertama adalah ....

A. 21,5º

B. 47,5º

C. 50,0º

D. 65,0º

52. Perbedaan utama hipotesis de Broglie dibandingkan dengan teori kuantum Planck adalah bahwa pada pernyataan de Broglie ....

A. partikel yang bergerak berperilaku seperti gelombang

B. gelombang elektromagnetik berperilaku seperti partikel

C. partikel yang bergerak dengan kecepatan rendah mengikuti huku-hukum fisika klasik

D. gelombang elektromagnetik tercakup dalam bentuk foton-foton

53. Kecepatan kelompok (group velocity) gelombang de Broglie sama dengan kecepatan ....

A. partikelnya

B. fasenya

C. kuadrat kecepatan cahaya dibagi kecepatan fasenya

D. kuadrat kecepatan cahaya dibagi kecepatan partikelnya

54. Hubungan antara kecepatan fase v_f, bilangan gelombang k dan frekuensi sudut w dapat dituliskan sebagai ....

A. v_f = k/w

B. v_f = w/k

C. w = k/v_f

D. w = v_f/k

55. Jika fungsi gelombang suatu partikel bebas dalam satu dimensi dinyatakan sebagai

, maka rapat keboleh-jadian menemukan partikel tersebut adalah ....

A. 2p

56. Kecepatan fase suatu gelombang permukaan dinyatakan sebagai

, (dengan b adalah konstanta dan l adalah panjang gelombang). Kecepatan kelompok gelombang permukaan tersebut ....

A. 3/2 kali kecepatan fasenya

B. 4/3 kali kecepatan fasenya

C. 2/3 kali kecepatan fasenya

D. 3/4 kali kecepatan fasenya

57. Sebuah partikel bermassa m terperangkap di dalam kotak satu dimensi yang lebarnya L. Jika konstanta Planck adalah h, energi kinetik partikel pada tingkat ke-n dapat dituliskan sebagai ....

58. Jika ketidakpastian momentum suatu partikel yang bergerak adalah Dp, ketidakpastian kedudukannya adalah Dx dan konstanta Planck adalah h, maka hubungan asas ketidakpastian dua besaran itu dapat dinyatakan sebagai [c2]Dp Dx ³ h/4p ....

A. Dp Dx ³ h/4p

B. Dp Dx = h/4p

C. Dp/Dx ³ h/4p

D. Dp/Dx = h/4p

59. Sebuah meson rho mempunyai energi diam 765 MeV dan umur 4,4 x 10^-24 sekon. Jika

6,58 x 10^-16 eV s, ketidakpastian energi meson rho tersebut adalah ....

A. 66,8 MeV

B. 149,5 MeV

C. 173,9 MeV

D. 289,5 MeV

60. Sebuah elektrom dengan massa diam m_o = 9,1 x 10^-31 kg terkurung dalam sumur potensial yang dalam dengan lebar sumur L = 1,0 nm. Jika konstanta Planck h = 6,626 x 10^-34 J s, energi elektron pada keadaan dasar dan dua keadaan tereksitasi berikutnya secara berturut-turut adalah ....

A. E₁ = 0,38 eV; E₂ = 1,52 eV; E₃= 3,42 eV

B. E₁ = 0,38 eV; E₂ = 0,76 eV; E₃= 1,14 eV

C. E₁ = 0,38 eV; E₂ = 0,10 eV; E₃= 0,04 eV

D. E₁ = 0,38 eV; E₂ = 0,19 eV; E₃= 0,95 eV

61. Jika K adalah energi kinetik partikel a yang digunakan dalam eksperimen hamburan Rutherford, e adalah muatan elektron, Z adalah nomor atom bahan penghambur dan e_o adalah permitivitas ruang hampa, maka jarak terdekat antara partikel a dan inti penghambur dapat dituliskan sebagai ....

A. r_o = Ze² / 4p e_oK

B. r_o = 2Ze² / 4p e_oK

C. r_o = Ze / 4p e_oK

D. r_o = 2Ze / 4p e_oK

62. Menurut model atom Rutherford, energi total elektron dalam atom hidrogen dapat dituliskan sebagai .... (dengan e adalah muatan elektron, e_o adalah permitivitas dalam ruang hampa dan r adalah jari-jari lintasan elektron).

A. E = - e²/8pe_or

B. E = - e²/4pe_or

C. E = - e²/4pe_or²

D. E = - e²/8pe_or²

63. Seberkas partikel a dengan energi kinetik 0,76 MeV dihamburkan oleh inti emas (Z = 79). Jika permitivitas ruang hampa e_o = 8,85 x 10^-12 F/m, maka jarak pendekatan terpendeknya adalah ....

A. 0,0015 Å

B. 0,0030 Å

C. 0,0045 Å

D. 0,0060 Å

64. Energi atom hidrogen dalam keadaan dasar E_o = -13,6 eV. Jika terjadi transisi dari keadaan tereksitasi ketiga ke keadaan dasar, maka panjang gelombang foton yang dipancarkan adalah ....

A. 1216 Å

B. 1026 Å

C. 973 Å

D. 912 Å

65. Jika massa elektron dalam atom hidrogen adalah m, muatannya adalah e, konstanta Planck adalah