BAHAN AJAR FISIKA KELAS XII / 1 BURHANI, S.Pd SMA TITIAN TERAS JAMBI Copyright: Nuri_fisika_06
Download ReportTranscript BAHAN AJAR FISIKA KELAS XII / 1 BURHANI, S.Pd SMA TITIAN TERAS JAMBI Copyright: Nuri_fisika_06
BAHAN AJAR FISIKA KELAS XII / 1 BURHANI, S.Pd SMA TITIAN TERAS JAMBI Copyright: Nuri_fisika_06 MENU PILIHAN STANDAR KOMPETENSI KOMPETENSI DASAR HUKUM GAUSS POTENSIAL LISTRIK & ENERGI POTENSIAL LISTRIK LKS EVALUASI SELESAI LESSON PLAN STANDAR KOMPETENSI 2 Menerapkan konsep kelistrikan dan kemagnetan dalam berbagai penyelesaian masalah dan produk teknologi KOMPETENSI DASAR 2.1 Memformulasikan gaya listrik, kuat medan listrik, fluks, potensial listrik, energi potensial listrik serta penerapannya pada keping sejajar HUKUM GAUSS Untuk memahami hukum Gauss kita harus mengetahui terlebih dahul tentang Fluks Listrik, E A cos Amati animasi berikut tentang fluks listrik Fluks listrik yang menembus suatu permukaan tertutup sama dengan jumlah muatan listrik yang dilingkupi oleh permukaan tertutup itu dibagi dengan permitivitas udara (The net flux passing through any closed surface is equal to the net charge inside the surface divided by o) Bagaimana pernyataan hukum Gauss dalam bentuk persamaan??? Tips Perhatikan fluks listrik di sekitar benda-benda bermuatan listrik dengan besar muatan tertentu ! Apakah yang dapat disimpulkan dari pengamatan anda ini ? Persamaan Hukum Gauss ingat persamaan jangan dihapal tapi diingat net Q EA cos o Bukti untuk kuat medan listrik: Q Q net EA cos 4 r E E ke 2 2 4 0 r r 2 Beda Potensial dan Potensial Listrik E B A d • Gaya elektrostatik bersifat konservatif • Secara mekanik, usaha adalah W Fd cos Usaha yang dilakukan untuk memindahkan sebuah muatan listrik dari A ke B adalah W Fd cos qEd Interaksi listrik statik bersifat konservatif karena........... – Tidak ada disipasi energi ketika partikel bermuatan berpindah dalam medan listrik. – Potensial listrik merupakan fungsi keadaan. r q1q2 B 1 w dr 2 4 0 D rA r q1q2 1 1 4 0 D rB rA Muatan listrik dipindahkan secara radial Energi Potensial medan listrik statik • Usaha pada gaya konservatif sama dengan negatif dari perubahan energi potensial, DPE DPE W qEd Persamaan ini hanya berlaku untuk medan listrik serba sama / homogen, dan dari persamaan ini kita akan mengenal konsep potensial listrik. Contoh soal Potensial Listrik • Beda potensial listrik antara dua titik DPE DV VB VA q • Potensial listrik merupakan besaran skalar dan disebut juga tegangan. Potensial Listrik Pada sebuah Titik di Sekitar Muatan Listrik q V ke r Titik ukur potensial listrik r Muatan, q Jarak titik terhadap muatan, q Bagaimana pengaruh jarak titik ukur terhadap besarnya potensial listrik ? Amati perubahan besar potensial listrik di sekitar muatan listrik positif dan arah kuat medan listrik ! Apakah yang dapat disimpulkan dari pengamatan anda ini ? Amati perubahan besar potensial listrik di sekitar muatan listrik negatif dan arah kuat medan listrik ! Apakah yang dapat disimpulkan dari pengamatan anda ini ? Amati perubahan besar muatan listrik di sekitar medan listrik ! Apakah yang dapat disimpulkan dari pengamatan anda ini ? Amati simulasi perubahan besar potensial listrik di sekitar muatan listrik positif ! Apakah yang dapat disimpulkan dari pengamatan anda ini ? Analogi antara medan gravitasi dan medan gravitasi listrik Kesamaan teorema energi kinetik-potensial terhadap usaha A A d E q B d g m B Jika sebuah muatan diarahkan dari A, ia akan mengalami percepatan dalam arah medan listrik, yaitu penguatan energi kinetik, demikian juga sebaliknya. KEi PEi KE f PE f Contoh soal LESSON PLAN Nama Sekolah Mata Pelajaran Kompetensi Dasar : : : : Burhani, S.Pd SMA Titian Teras Fisika 2.1 Memformulasikan gaya listrik, kuat medan listrik, fluks, potensial listrik, energi potensial listrik serta penerapannya pada keping sejajar. Indikator : • Mengaplikasikan hukum Coulomb dan Gauss untk mencari medan listrik bagi distribusi muatan kontinu. • Memformulasikan energi potensial listrik dan kaitannya dengan gaya/medan listrik dan potensial listrik. Materi Pokok Kelas / Semester : Listrik Statik : XII / 1 Sasaran Hasil Belajar Waktu : Siswa dapat memformulasikan persamaan-persamaan dalam listrik statik. : 2 x 45 menit Perangkat ICT/sumber yang digunakan : Hand-out, LKS, Buku fisika, komputer yang terkoneksi dengan internet dan software terinstall berupa Flash, Java, adobe, dan Power Point XP. URL : http://www.colorado.edu/physics/2000/applets/h2ob.html Syarat mutlak keterampilan ICT : Siswa mampu mengoperasikan Internet, Word, dan Power Point. Persiapan sebelum KBM : Memeriksa komputer/note book, LCD proyektor, koneksi internet wireless dan website. Waktu Metode/Aktifitas guru Aktifitas Siswa Bahan/Peralatan/ Sumber 10 menit Menjelaskan tujuan dan langkah kegiatan dan membagikan hand-out kepada siswa Siswa dikelompokan dalam group (3-4 siswa) Mempersiapkan notebook, LCD proyektor, presentasi Power Point, website 20 menit Presentasi Siswa mengamati presentasi Buku catatan dan alat tulis 15 menit Diskusi secara berkelompok Siswa mendiskusikan tentang hukum Gauss, potensial dan energi potensial listrik Buku catatan, buku reeferensi dan alat tulis 30 menit Siswa di minta mengaktifkan notebook Siswa melakukan browsing dan mendownload informasi yang berhubungan dengan materi LKS, notebook 15 menit Membagikan instrument penilaian kepada siswa secara manual. Siswa mengerjakan Instrument penilaian, kertas dan alat tulis Metode Penilaian : Pertanyaan dan pemecahan soal Soal Untuk Penilaian Kognitif : 1. Diketahui potensial titik A 110 V, dan potensial di titik B -10 V. Hitung usaha yang dibutuhkan untuk memindahkan electron dari bola A ke Bola B. 2. Medan listrik sebesar 2 x 105 N/C menembus sebuah bidang permukaan seluas 1 mm2. Jika arah medan listrik membentuk sudut 60o terhadap garis normal bidang, maka tentukan fluks listrik ! 3. Potensial di suatu titik yang berjarak r dari muatan Q adalah 600 volt. Intensitas medan di titik tersebut = 400 N/C. Jika k = 9.109 Nm2/C2, maka berapakah besar muatan Q ? Lembar Kerja Siswa Judul Mata Pelajaran Kelas/Semester Waktu : Hukum Gauss : Fisika : XII/1 : 2 x 45 menit Standar Kompetensi yang akan dicapai: 2. Menerapkan konsep kelistrikan dan kemagnetan dalam berbagai penyelesaian masalah dan produk teknologi Petunjuk Belajar : Baca literatur yang berhubungan dengan hukum Gauss, potensial dan energi potensial listrik Baca LKS sebelum anda melakukan penjelajahan dalam internet Kumpulkan data-data berupa informasi tercetak dan gambar Apabila terdapat kesulitan dapat didiskusikan dengan guru Jalin kerja sama antar rekan setim. Kompetensi Dasar yang akan dicapai: 2.1 Memformulasikan gaya listrik, kuat medan listrik, fluks, potensial listrik, energi potensial listrik serta penerapannya pada keping sejajar. Indikator: Mengaplikasikan hukum Coulomb dan Gauss untk mencari medan listrik bagi distribusi muatan kontinu Memformulasikan energi potensial listrik dan kaitannya dengan gaya/medan listrik dan potensial listrik Informasi: Fluks listrik didefinisikan sebagai jumlah/banyaknya garisgaris medan listrik yang menembus tegak lurus suatu bidang. Pernyataan hukum Gauss, ”Fluks listrik yang menembus suatu permukaan tertutup sama dengan jumlah muatan listrik yang dilingkupi oleh permukaan tertutup itu dibagi dengan permitivitas udara” Potensial listrik adalah perubahan energi potensial per satuan muatan yang terjadi ketika sebuah muatan uji dipindahkan dari suatu titik yang tak berhingga jauhnya ke titik yang ditanyakan. Energi potensial listrik adalah usaha yang dibutuhkan sebuah muatan listrik untuk dipindahkan dari sebuah titik. Kuat medan listrik dan potensial listrik saling berhubungan. Tempat : Taman sekolah Alat dan Bahan : Notebook, koneksi internet (wireless), flash disk dan peralatan tulis menulis Langkah Kerja: 1. Aktifkan notebook 2. Aktifkan koneksi dengan internet 3. Aktifkan situs search engine : www.google.com atau www.google.co.id 4. Ketikan kata kunci materi seperti +electrostatic, +potensialenergy, atau +gauss dan akhiri dengan mengetikkan filetype: swf atau filetype: ppt pada tempat yang telah disediakan Contoh: +electrostatic filetype: swf atau +electrostatic filetype: ppt URL alternative: http://www.upscale.utoronto.ca/GeneralInterest/Harrison/Flash/EM/LightWave/Wav e.html http://www.colorado.edu/physics/2000/applets/forcefield.html http://www.glenbrook.k12.il.us/gbssci/phys/mmedia/index.html#estatic 1. Lakukan download file atau gambar dan simpan pada flash disk anda dengan nama folder Tugas_fisika_elektrostatik_[tulis nomor kelompok] 2. Dapatkan informasi dan gambar (boleh animasi atau video) masing-masing minimal 3 file dan gambar. Penilaian: Penilaian Kognitif : Tes tertulis dan penilaian produk Penilaian afektif : Pengamatan individu dalam kelompok Tindak lanjut: Mempresentasikan hasil produk dalam diskusi kelas dengan menggunakan LCD proyektor EVALUASI (Jodohkan pernyataan sebelah kiri dengan persamaan sebelah kanan) 1. 2. 3. 4. 5. Persamaan hukum Gauss tentang medan listrik. Persamaan perubahan energi potensial. Persamaan pontensial mutlak. Persamaan hubungan kuat medan dan potensial listrik Persamaan kuat medan listrik pada konduktor keping sejajar. a. V k b. Ep k q r2 V E d c. d. q r E A cos q 0 e. E f. 1 1 Ep k q1 q2 r2 r1 g. h. E q 0 A V d E A cos Example: motion of an electron What is the speed of an electron accelerated from rest across a potential difference of 100V? What is the speed of a proton accelerated under the same conditions? Given: DV=100 V me = 9.1110-31 kg mp = 1.6710-27 kg |e| = 1.6010-19 C Find: ve=? vp=? Vab Observations: 1. given potential energy difference, one can find the kinetic energy difference 2. kinetic energy is related to speed KEi PEi KE f PE f KE f KEi KE f DPE qDV 1 2 2 qDV mv f qDV v f 2 m ve 5.9 106 m , v p 1.3 105 m s s Mini-quiz: potential energy of an ion Three ions, Na+, Na+, and Cl-, located such, that they form corners of an equilateral triangle of side 2 nm in water. What is the electric potential energy of one of the Na+ ions? Cl? qNa qCl qNa qNa qNa PE ke ke ke qCl qNa r r r but : qCl qNa ! Na+ Na+ qNa PE ke qNa qNa 0 r Example : ionization energy of the electron in a hydrogen atom In the Bohr model of a hydrogen atom, the electron, if it is in the ground state, orbits the proton at a distance of r = 5.2910-11 m. Find the ionization energy of the atom, i.e. the energy required to remove the electron from the atom. Note that the Bohr model, the idea of electrons as tiny balls orbiting the nucleus, is not a very good model of the atom. A better picture is one in which the electron is spread out around the nucleus in a cloud of varying density; however, the Bohr model does give the right answer for the ionization energy In the Bohr model of a hydrogen atom, the electron, if it is in the ground state, orbits the proton at a distance of r = 5.29 x 10-11 m. Find the ionization energy, i.e. the energy required to remove the electron from the atom. Given: r = 5.292 x 10-11 m me = 9.1110-31 kg mp = 1.6710-27 kg |e| = 1.6010-19 C Find: E=? The ionization energy equals to the total energy of the electron-proton system, E PE KE e2 v2 , KE m with PE ke r 2 The velocity of e can be found by analyzing the force on the electron. This force is the Coulomb force; because the electron travels in a circular orbit, the acceleration will be the centripetal acceleration: mac Fc or v2 e2 m ke 2 , r r or e2 v ke , mr 2 Thus, total energy is e2 m ke e2 e2 E ke 2.18 1018 J -13.6 eV ke r 2 mr 2r Example of using Gauss’s Law oh no! I’ve just forgotten Coulomb’s Law! Not to worry I remember Gauss’s Law q r2 Q consider spherical surface centred on charge Q 0 By symmetry E is to surface | E | A Q 0 | E | 4r 2 1 Q 1 Q | E | 4r 2 0 4 0 r 2 F=qE Q 0 F 1 qQ 4r 2 0 Phew! Example of using Gauss’s Law What’s the field around a charged spherical shell? Q in Again consider spherical surface centred on charged shell Q out Outside 0 out So as e.g. 1 | E | 1 Q 4 0 r 2 Inside charge within surface = 0 in 0 E0 TERIMA KASIH SEMOGA PENGALAMAN DAN PENGETAHUAN YANG TELAH ANDA PEROLEH DAPAT BERMANFAAT DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI Dibuat oleh: Burhani, S.Pd copyrigt@tt_jambi