1

12/15/2008

BAHAN AJAR FISIKA KELAS XII / 1

TUGAS WORKSHOP PENGEMBANGAN BAHAN AJAR DAN UJIAN BERBASIS TIK/ICT SMA TAHUN 2006 ANGKATAN I HOTEL EVER GREEN JL. RAYA PUNCAK CISARUA-BOGOR

Copyright: Nuri_fisika_06

MENU PILIHAN STANDAR KOMPETENSI KOMPETENSI DASAR HUKUM GAUSS POTENSIAL LISTRIK & ENERGI POTENSIAL LISTRIK LKS EVALUASI SELESAI LESSON PLAN

STANDAR KOMPETENSI

KOMPETENSI DASAR

2 Menerapkan konsep kelistrikan dan kemagnetan dalam berbagai penyelesaian masalah dan produk teknologi

2.1 2 1 Memformulasikan gaya listrik, kuat medan listrik, fluks, potensial listrik, energi potensial listrik serta penerapannya pada keping sejajar

1

12/15/2008

HUKUM GAUSS

Amati animasi berikut tentang fluks listrik

Untuk memahami hukum Gauss kita harus mengetahui terlebih dahul tentang Fluks Listrik, φ

Φ = E ⋅ A ⋅ cos θ

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 εo)

Perhatikan fluks listrik di sekitar benda-benda bermuatan listrik dengan besar muatan tertentu !

Bagaimana pernyataan hukum Gauss dalam bentuk persamaan???

Tips

Apakah yang dapat disimpulkan dari pengamatan anda ini ?

2

12/15/2008

Persamaan Hukum Gauss ingat persamaan jangan dihapal tapi diingat

Φnet = ∑ EA cosθ =

Beda Potensial dan Potensial Listrik ur E

Q

εo

B

A

d

Bukti untuk kuat medan listrik:

Φnet = ∑EAcosθ = 4πr2E →E =

Q Q = ke 2 r 4πε0r2

Interaksi listrik statik bersifat konservatif karena........... – Tidak ada disipasi energi ketika partikel bermuatan berpindah dalam medan listrik. – Potensial listrik merupakan fungsi keadaan.

=

q1q2 B 1 dr 4πε 0 D r∫A r 2

q1q2 ⎛ 1 1 ⎞ ⎜ − ⎟ 4πε 0 D ⎝ rB rA ⎠

Usaha yang dilakukan untuk memindahkan sebuah muatan listrik dari A ke B adalah W = Fd cos ϑ = qEd

Energi Potensial medan listrik statik • Usaha pada gaya konservatif sama dengan negatif dari perubahan energi potensial, ΔPE ΔPE = −W = − qEd

r

w=−

• Gaya elektrostatik bersifat konservatif • Secara mekanik, usaha adalah W = Fd cos ϑ

Muatan listrik dipindahkan secara radial

Persamaan ini hanya berlaku untuk medan listrik serba sama / homogen, dan dari persamaan ini kita akan mengenal konsep potensial listrik.

Contoh soal

3

12/15/2008

Potensial Listrik

Potensial Listrik Pada sebuah Titik di Sekitar Muatan Listrik V = ke

• Beda potensial listrik antara dua titik ΔV = VB − VA =

ΔPE q

Titik ukur potensial listrik

• Potensial listrik merupakan besaran skalar dan disebut juga tegangan.

r

Muatan,

Amati perubahan besar potensial listrik di sekitar muatan listrik positif dan arah kuat medan listrik !

Apakah yang dapat disimpulkan dari pengamatan anda ini ?

q r

q

Jarak titik terhadap muatan, q

Bagaimana pengaruh jarak titik ukur terhadap besarnya potensial listrik ?

Amati perubahan besar potensial listrik di sekitar muatan listrik negatif dan arah kuat medan listrik !

Apakah yang dapat disimpulkan dari pengamatan anda ini ?

4

12/15/2008

Amati perubahan besar muatan listrik di sekitar medan listrik !

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

ur E

LESSON PLAN Nama Sekolah Mata Pelajaran Kompetensi Dasar

: : : :

A d q

B

Apakah yang dapat disimpulkan dari pengamatan anda ini ?

ur g

Nuri Simarona SMA SANTU PETRUS PONTIANAK 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.

d m

Materi Pokok Kelas / Semester

B

: Listrik Statik : XII / 1

Sasaran Hasil Belajar

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

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.

Contoh soal

5

12/15/2008

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

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 : 9 Baca literatur yang berhubungan dengan hukum Gauss, potensial dan energi potensial listrik 9 Baca LKS sebelum anda melakukan penjelajahan dalam internet 9 Kumpulkan data-data berupa informasi tercetak dan gambar 9 Apabila terdapat kesulitan dapat didiskusikan dengan guru 9 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: ¾ Mengaplikasikan hukum Coulomb dan Gauss untk mencari medan listrik bagi distribusi muatan kontinu ¾ Memformulasikan energi potensial listrik dan kaitannya dengan gaya/medan listrik dan potensial listrik

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 N/C. Jika k = 9.10 9 109 Nm2/C2, maka berapakah besar muatan Q ?

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. : Taman sekolah Tempat : Notebook, koneksi internet (wireless), Alat dan Bahan flash disk dan peralatan tulis menulis

6

12/15/2008

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 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] Dapatkan informasi dan gambar (boleh animasi atau video) masing-masing minimal 3 file dan gambar. Penilaian: 2.

EVALUASI (Jodohkan pernyataan sebelah kiri dengan persamaan sebelah kanan)

1. 2. 3. 4. 5.

Penilaian Kognitif : Tes tertulis dan penilaian produk Penilaian afektif : Pengamatan individu dalam kelompok

Persamaan hukum Gauss tentang medan listrik. Persamaan perubahan energi potensial. Persamaan pontensial mutlak mutlak. Persamaan hubungan kuat medan dan potensial listrik Persamaan kuat medan listrik pada konduktor keping sejajar.

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?

ΔV=100 V me = 9.11×10-31 kg mp = 1.67×10-27 kg |e| = 1.60×10-19 C

Vab

CCl ?

PE = ke

KEi + PEi = KE f + PE f 1 2 2 qΔV mv f = qΔV → v f = m 2 ve = 5.9 ×106 m , v p = 1.3 ×105 m s s

c. d. e. f. g.

V =

q r

E d

E ⋅ A ⋅ cos θ =

q

E =

q

ε0

ε0A ⎛1 1⎞ Ep = k ⋅ q1 ⋅ q2 ⎜⎜ − ⎟⎟ ⎝ r2 r1 ⎠ E =

V d

Φ = E ⋅ A ⋅ cos θ

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?

qNa qCl q q q + ke Na Na = ke Na [ qCl + qNa ] r r r

but : qCl = −qNa !

KE f − KEi = KE f = ΔPE = qΔV Find: ve=? vp=?

q Ep = k 2 r

Mini-quiz: potential energy of an ion

Example: motion of an electron

Observations: 1. given potential energy difference, one can find the kinetic energy difference 2. kinetic energy is related to speed

V = k

b.

h.

Tindak lanjut: Mempresentasikan hasil produk dalam diskusi kelas dengan menggunakan LCD proyektor

Given:

a.

Na+

Na+

PE = ke

qNa [ −qNa + qNa ] = 0 r

7

12/15/2008

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 = 5.29 x 10-11 m. Find the ionization energy, i.e. the energy required to remove the electron from the atom. The ionization energy equals to the total energy of the electron-proton system,

Given:

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 = 5.29×10-11 m. Find the ionization energy of the atom, i.e. the energy required to remove the electron from the atom.

10-11 m

r = 5.292 x me = 9.11×10-31 kg mp = 1.67×10-27 kg |e| = 1.60×10-19 C

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

Find: E=?

E = PE + KE

PE = −ke

with

e2 v2 , KE = m r 2

The velocity of e can be found by analyzing the force on the h electron. l Thi This fforce iis the h C Coulomb l b fforce; because the electron travels in a circular orbit, the acceleration will be the centripetal acceleration:

mac = Fc

or

m

v2 e2 = ke 2 , r r

or

v 2 = ke

e2 , mr

Thus, total energy is

E = − ke

Example of using Gauss’s Law

e 2 m ⎛ ke e 2 ⎞ e2 + ⎜ = −2.18 × 10−18 J ≈ -13.6 eV ⎟ = − ke r 2 ⎝ mr ⎠ 2r

Example of using Gauss’s Law What’s the field around a charged spherical shell?

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

Φ=

Q

Q

ε0

By symmetry E is ⊥ to surface Φ =| E | A =

Q

ε0

=| E | 4πr 2 =

1 Q 1 Q = | E |= 4πr 2 ε 0 4πε 0 r 2

F=qE

Φ in

Q

ε0 F=

1 qQ 4πr 2 ε 0

Phew!

Again consider spherical surface centred on charged shell Q Φ out = Outside ε0 Φ out

So as e.g. 1

| E |=

1 Q 4πε 0 r 2

Inside charge within surface = 0 Φ in = 0

E=0

8

12/15/2008

TERIMA KASIH

SEMOGA PENGALAMAN DAN PENGETAHUAN YANG TELAH ANDA PEROLEH DAPAT BERMANFAAT DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI Dibuat oleh: Nuri Simarona-SMA SANTU PETRUS PONTIANAK copyrigth@2006

9