Pendalaman Materi Fisika

Pendalaman Materi

Fisika

DAFTAR ISI I. II. III. IV. V.

MEKANIKA ............................................................................................. THERMODINAMIKA ............................................................................ GELOMBANG DAN OPTIK................................................................... LISTRIK MAGNET ................................................................................ FISIKA MODERN ..................................................................................

1 11 24 35 68

PLPG Rayon 138: Pendalaman Materi

I.

MEKANIKA

A. Kompetensi yang diharapkan Mampu menerapkan prinsip dan konsep dasar mekanika untuk memecahkan masalah yang sederhana dalam kehidupan sehari-hari. B. Indikator 1. Menentukan besarnya percepatan rata-rata pada gerak sebuah benda 2. Menganalisis gerak dengan percepatan konstan 3. Memformulasikan hukum - hukum Newton tentang gerak 4. Menentukan besarnya usaha dan energi yang dilakukan benda C. Kinematika Partikel 1. Konsep kecepatan Kecepatan didefinisikan sebagai cepat lambatnya perubahan kedudukan benda terhadap waktu. Suatu benda (titik) dikatakan bergerak apabila vektor posisi terhadap acuan tertentu selalu berubah untuk setiap saat. Y A

∆r

r2

B

r1

X ∆r r2 − r1 ∆xi + ∆yi 0 = = ∆t t 2 − t1 ∆t Kecepatan sesaat didefinisikan sebagai kecepatan rata-rata dengan selang waktu mendekati 0. Kecepatan sesaat dirumuskan:

V rata − rata =

v = lim

∆t →0

∆r dr = ∆t dt

v = v = vx 2 + vy 2 Besarnya kecepatan sesaat dirumuskan: 2. Konsep percepatan Percepatan diturunkan dari fungsi kecepatan. Seperti halnya dengan kecepatan, maka untuk percepatan juga dikenal istilah percepatan rata-rata dan percepatan sesaat. a. Percepatan rata-rata ∆v v 2 − v1 ∆v x i + ∆v y j = a rata − rata = = ∆t t 2 − t1 ∆t Seringkali persamaan percepatan dituliskan sebagai berikut:

b.

Percepatan sesaat

1


Percepatan sesaat didefinisikan percepatan rata-rata untuk selang waktu yang sangat kecil (mendekati nol). ∆v dv a = lim = ∆t →0 ∆t dt Pada gerak satu dimensi, jika percepatan konstan maka: v − v x0 ax = x t v x = v x 0 + a x t ................................................................... (1) Jika percepatan v x berubah secara seragam terhadap waktu, harga rata-ratanya dalam sembarang selang waktu dengan setengah jumlah v y pada awal dan akhir selang. Sehingga harga kecepatan rata-rata antara t = 0 dan t = t adalah: 1 v x = (v0 + v x ) 2 Jika posisi partikel pada t = 0 adalah x 0 , maka posisi x pada saat t dapat diperoleh dari: x = x0 + v x t 1 = x0 + (v x 0 + vx )t 2 1 = x0 + (v x 0 + v x 0 + a x t )t 2 1 = x0 + v x 0 t + a x t 2 ....................................................... (2) 2 Jika persamaan 1diubah menjadi persamaan waktu maka:

…………………………………(3) Dan disubstitusikan ke persamaan (2) maka:

D. GERAK PELURU Pada pembahasan gerak 3 dimensi (bidang x – y) telah diperoleh persamaanpersamaan berikut: rˆ = iˆx + ˆjy dr v= = ivx + jvx dt dv a= = iax + jax dt

2


y y

jy

jvy

v

r

ix

x

iax

x

y jvy

a

iax

x

Arah a tidak memiliki hubungan unik dengan lintasan partikel, tetapi tergantung pada laju perubahan kecepatan v terhadap waktu selama gerak partikel tersebut. Dari ketiga persamaan diatas, persamaan gerak dalam sumbu arah x dan y masing-masing adalah: Persamaan gerak dalam arah x Persamaan gerak dalam arah y v y = v y0 + a y t v x = v x0 + a x t 1 axt 2 2 2 2 v x = v x 0 + 2ax( x − x0 ) Dalam bentuk vektor, dituliskan: v = ivx + jvy = i (v x 0 + a x t ) + j (v y 0 + a x t ) x = x0 + v xo t +

1 ayt 2 2 + 2ay ( y − y 0 )

y = y 0 + v yo t + v y = v y0 2

2

= (iv x 0 + jv y 0 ) + (iax + jay )t

v = v0 + at Dengan cara yang sama, untuk posisi partikel r akan memenuhi: 1 r = r0 + v0 t + at 2 2 Salah satu contoh gerak lengkung dengan percepatan konstan adalah gerak peluru. Kita menganggap bahwa pengaruh gesekan udara diabaikan. Gerakan ini mempunyai percepatan konstan ke bawah, dan tidak ada komponen percepatan dalam arah horizontal. Jika dipilih sistem koordinat dengan sumbu y positif vertikal ke atas, maka ke dalam persamaan diatas kita masukan. ay = −g

ax = 0 Selanjutnya dipilih titik asal sistem koordinat pada tempat mulainya gerak pada peluru tersebut. Pilihan ini menyebabkan x 0 = y0 = 0 Saat peluru mulai bergerak, t = 0 kecepatan adalah v 0 yang membentuk sudut θ 0 terhadap sumbu x positif. Sehingga komponen x dan y dari v0 adalah: 3


v x 0 = v0 cos θ 0 dan v y 0 = v0 sin θ 0 Dengan memasukkan percepatan dan kecepatan (masing-masing) dalam bentuk komponennya ke persamaan gerak diperoleh: v x = v0 cos θ 0 .............................................................. (1) x = (v0 cos θ 0 )t ............................................................ (2) v y = v0 sin θ 0 − gt ....................................................... (3)

y = (v0 sin θ 0 )t −

1 2 gt ................................................ (4) 2 Dengan mengeliminasi t, dari (2) dan (4) menghasilkan: g y = (tan θ 0 )x − x2 2 2(v0 − cos θ 0 ) Karena v 0 , θ 0 dan g konstan, maka persamaan diatas dapat dituliskan

Y = ax 2 + bx Yang merupakan persamaan parabola.  vx

 v

vx

 u

 vx  v

 vy

θ  vx

x  v

Besar resultan vektor kecepatan pada sembarang waktu adalah: 2 2 2 2 1 v = vx + v y = vx + v y 2 Sudut θ yang dibentuk oleh vektor kecepatan terhadap garis horizontal pada vy setiap saat diberikan oleh tan θ = vx

(

)

E. GERAK MELINGKAR Sebuah benda dapat bergerak melingkar karena adanya gaya yang bekerja pada benda dengan membentuk sudut tertentu pada arah gerak benda. 1. Kelajuan linear Didefinisikan sebagai jarak yang ditempuh dibagi waktu tempuhnya. Besarnya kecepatan linear dirumuskan sebagai: 2πR v= t 2. Kecepatan sudut ∆,t 2

R

1rad

∆,t1

S=R

θ1

θ2 x

0

4


Satu radian (1 rad) ialah besar sudut dipusat lingkaran yang panjang busurnya sama dengan panjang jari-jari lingkaran itu. Perubahan sudut gerak benda bernilai positif jika gerak benda berlawanan dengan arah putaran jam. Adapun perubahan sudut akan bernilai negatif jika arah gerak benda searah dengan arah putaran jam. Perubahan sudut dilambangkan dengan ∆Өdan memiliki satuan radian. Biasanya, sering juga satuan perubahan sudut menggunakan derajat. Hubungan antara radian dan derajat dapat dituliskan sebagai berikut.

Dalam satu putaran penuh, sudut yang ditempuh adalah 3600 atau 2п rad dalam waktu T sekon. Sehingga persamaannya menjadi sebagai berikut:

Kecepatan sudut rata-rata ϖ dalam selang waktu t 1 dan t 2 didefinisikan sebagai perbandingan perubahan sudut θ 2 − θ1 ,terhadap selang waktu t2–t 1 θ −θ ϖ = 2 1 t 2 − t1 Kecepatan sudut sesaat ϖ didefinisikan sebagai harga limit yang didekati perbandingan ini bila ∆t mendekati nol. ∆θ dθ = ϖ = lim ∆t →0 ∆t dt Menentukan kecepatan singgung V T : ∆s ∆θ = R ∆θ 1 ∆s = . ∆t R ∆t ∆θ 1 ∆s lim = lim ∆ → 0 t ∆t R ∆t 1 ϖ = VT atau VT = ϖR R 3. Percepatan sudut Jika kecepatan sudut benda sebesar ∆ϖ dalam selang waktu ∆t dikatakan benda mempunyai percepatan sudut. Percepatan sudut rata-rata didefinisikan:

5


∆ϖ ∆t Percepatan sudut sesaat: ∆ϖ dϖ a = lim = ∆t dt a=

∆t →0

dθ , maka percepatan sudut sesaat dapat dituliskan: dt d dθ d 2θ = 2 α= = dt dt dt dϖ α =ϖ dt Untuk menentukan kecepatan sudut dari fungsi percepatan sudut dapat diperoleh dengan metode integral: dϖ atau a.dt = dϖ α= dt

Karena ϖ =

ϖ

t

ϖ0

0

∫ dϖ =∫ αdt

t

t

ϖ − ϖ 0 = ∫ αdt

ϖ = ϖ 0 + ∫ αdt

0

0

Untuk gerak melingkar berubah beraturan percepatan sudutnya tetap, yaitu α . Dari ketentuan ini dapat dihitung kecepatan sudutnya dengan rumus berikut: ϖ = ϖ 0 + αt 1 θ = θ 0 + ϖ 0 t + at 2 2 F. HUKUM NEWTON 1. Hukum I Newton Setiap benda akan tetap diam atau bergerak lurus beraturan kecuali ada benda yang bekerja padanya. Secara matematis, Hukum I Newton dapat dinyatakan sebagai berikut: ∑ F = 0, a = 0 atau v tetap Hukum ini melibatkan sifat benda yang cenderung mempertahankan keadaan terhadap perubahan gerak yang terjadi padanya. Sifat benda ini disebut dengan sifat kelembaman (Inersia). Oleh karena itu, hukum I Newton disebut juga hukum Inersia. Penerapan Hukum I Newton a. Keseimbangan statis benda diatas benda datar N

W

6


b.

Keseimbangan dinamis benda bergerak lurus beraturan Jika sebuah bola bergerak dengan kecepatan tetap v, kecepatan tetap berarti a = 0. Gaya-gaya yang bekerja pada bola adalah: F = gaya dorong, fk = gaya gesekan N = gaya normal, w = gaya berat Karena ∑ Fx = 0 dan ∑ Fy = 0 , maka F – fx = 0 dan N – w = 0. N

F

v

fk

W

c.

Kesetimbangan partikel T1

T2

W

Supaya beban yang tergantung tetap setimbang, maka harus memenuhi ∑ Fx = 0 dan ∑ Fy = 0 . Dalam gambar gaya-gaya yang bekerja adalah gaya tegangan tali (T) dan gaya berat (w), sehingga T 1y + T 2y – w = 0, dan T 2x – T 1x = 0 2. Hukum II Newton “Percepatan yang timbul pada suatu benda pengaruh gaya tertentu, besarnya berbanding lurus dengan gaya tersebut, dan berbanding terbalik dengan massa benda tersebut.” F atau F = m.a a= m F = gaya dalam Newton (N) 1N = 1kgm / s −2 m = massa benda (kg) a = percepatan (m/s2) 1 N adalah besarnya gaya yang bekerja pada massa 1 kg, sehingga menimbulkan percepatan 1 m/s2. 3. Hukum III Newton “Apabila suatu benda mengerjakan gaya pada benda lain, maka benda kedua akan mengerjakan gaya pada benda pertama yang sama besar dan berlawanan arah”. Aksi = Reaksi.

7

PLPG Rayon 138: Pendalaman Materi N

F f W W

4.

Berat, Gaya Normal dan tegangan Tali a. Massa dan Berat Berat suatu benda (W) adalah besarnya gaya tarik bumi terhadap benda tersebut dan arahnya menuju pusat bumi (tegak lurus ke bawah). Hubungan massa dan berat : W = m . g Dimana W = gaya berat. m = massa benda. g = percepatan grafitasi. Perbedaan massa dan berat : Massa (m) merupakan besaran skalar di mana besarnya di sembarang tempat untuk suatu benda yang sama selalu TETAP. Berat (W) merupakan besaran vektor di mana besarnya tergantung pada tempatnya (percepatan grafitasi pada tempat benda berada). b. Gaya Normal Ketika benda berada pada suatu bidang, bidang tersebut akan memberikan gaya pada benda tadi yang disebut gaya kontak. Jika gaya kontak ini tegak lurus permukaan bidang maka disebut gaya normal. Besar gaya normalbergantung pada besar gaya lain yang bekerja pada benda. Arah gaya normal selalu tegak lurus bidang tempat benda itu berada.

c. Gaya Tegangan Tali Gaya tegangan tali adalah gaya pada tali ketika tali tersebut dalam keadaan tegang. Arah gaya tegangan tali bergantung pada titik atau benda yang ditinjau.

G. USAHA “Usaha yang dilakukan oleh suatu gaya adalah hasil kali antara komponen gaya yang searah dengan perpindahan dengan besar perpindahannya”. Misalkan suatu gaya F yang bekerja pada suatu benda dengan arah membentuk sudut dengan arah gerak benda menyebabkan benda berpindah sejauh s seperti pada gambar berikut:

8


Komponen gaya F yang searah perpindahan adalah: Fx = F. Cos ɵ, maka usahanya adalah: W =Fx . s W = (F. Cos ɵ ) .s Atau W =F.s cos ɵ dengan : W (work) = usaha (joule) F = gaya (N) S = perpindahan (meter) ɵ = sudut antara arah gaya dengan arah perpindahan Jika gaya yang menarik benda bekerja dalam arah mendatar seperti gambar berikut : Maka usahanya: W =F.s.cos ɵ W=F.s Sedangkan jika bekerja dua gaya atau lebih, misalnya pada benda yang ditarik dengan gaya F dalam arah mendatar pada bidang datar yang kasar dan benda berpindah sejauh s. Karena pada benda bekerja gaya gesekan, maka usaha yang dilakukan masing-masing gaya: W =∑F.s H. ENERGI Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha 1. Usaha dan Energi Kinetik Usaha yang dilakukan oleh suatu gaya pada suatu benda dapat mengakibatkan benda berpindah. Tetapi usaha juga terkait dengan perubahan kecepatan suatu benda. Usaha ini memberikan tambahan energi pada suatu benda yang disebut Energi Kinetik yaitu energi yang dimiliki oleh suatu benda karena gerakannya. Energi kinetik suatu benda dinyatakan dalam persamaan:

2.

Usaha dan Energi Potensial Gravitasi Energi potensial adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda karena ketinggian (kedudukannya) terhadap suatu bidang tertentu. Gambar di bawah menunjukkan sebuah benda bermassa m yang bergerak ke bawah sepanjang sumbu y. Kita akan menentukan usaha yang dilakukan oleh gaya berat benda jika benda tersebut jatuh dari ketinggian h1 ke h2 ( h = h1 – h2). Berat benda w dan perpindahannnya searah, sehingga usaha yang dilakukan oleh beratnya bernilai positif dan besarnya:

9


3.

Wgrav = F.s Wgrav = w.(h1 –h2) Wgrav = m.g.( h1 –h2) Wgrav = m.g.h1 – m.g h2 Wgrav = Ep = Ep1 – Ep2 Usaha = perubahan energi potensial Dengan demikian pada ketinggian h benda memiliki energi potensial gravitasi, yaitu kemampuan untuk melakukan usaha sebesar w =m.g. Jadi energi potensial gravitasi dapat dirumuskan: Ep =m.g.h Apabila benda tsb ditarik ke atas oleh gaya F dari ketinggian awal h1 sampai mencapai ketinggian h2, maka usaha yang dilakukan oleh gaya F adalah: W = Ep W = Ep2 –Ep1 W = m.g. h2 - m.g. h1 Hukum Kekekalan Energi Mekanik Energi mekanik adalah hasil penjumlahan energi kinetik dan energi potensial yang dimiliki oleh suatu benda pada posisi tertentu. Persamaan energi mekanik dapat diturunkan sebagai berikut: Berdasarkan Teorema usaha-energi bahwa usaha total yang dikerjakan sama dengan perubahan energi kinetik benda. Jadi: Wtot=∑ Ek Wtot= Ek2 – Ek1 Karena usaha ini adalah juga usaha usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi, maka: Wtot=Ep1 – Ep2 Sehingga dapat kita tuliskan: Ek2 – Ek1 = Ep1 – Ep2 Ek2+ Ep2 = Ek1 + Ep1 atau: Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2

10


II. THERMODINAMIKA

A. Kompetensi yang Diharapkan 1. Mendeskripsikan sifat-sifat gas ideal monoatomik 2. Menganalisis perubahan keadaan gas ideal dengan menerapkan hukum termodinamika B. Indikator Pencapaian Kompetensi 1. Dapat memformulasikan hukum Boyle-gay Lussac 2. Dapat memformulasikan energi kinetik dan kecepatan rata-rata partikel gas 3. Dapat menganalisis keadaan gas karena perubahan suhu, tekanan, dan volume 4. Dapat menggambarkan perubahan keadaan gas dalam diagram P-V 5. Dapat memformulasikan hukum I termodinamika dan menerapkannya dalam pemecahan masalah C. Materi 1. Gas Ideal a. Pemuaian Gas Ditinjau sejumlah gas bermassa m, bertekanan p, bertemperatur T, dan berada dalam ruang tertutup yang volumenya V. Dari percobaanpercobaan gas tersebut menunjukkan hal-hal sebagai berikut. 1) Untuk sejumlah massa tertentu dan pada temperatur konstan ternyata tekanan gas berbanding terbalik dengan volumenya atau dikenal dengan hukum Boyle. C atau pV = C P= V Jika tekanan dan volume berubah pada proses ini masing-masing dari p 1 menjadi p 2 dan V 1 menjadi V 2 maka p 1 V 1 = p 2 V 2 . Proses ini disebut dengan proses isotermis. 2) Untuk sejumlah gas yang massanya tertentu, pada tekanan tetap ternyata volumenya sebanding dengan temperatur mutlaknya atau dikenal dengan hukum Gay-Lusac dan proses ini disebut dengan proses isobaris (tekanan konstan). V V = CT atau =C T 3) Selain itu gas dapat diekspansikan pada volume tetap dan prosesnya disebut dengan proses isokhoris atau dikatakan tekanan gas sebanding dengan temperatur mutlaknya. P = CT atau P = C T

Dari kenyataan di atas maka untuk gas dengan massa tertentu dapat pV dituliskan dalam bentuk = konstan dan hukum ini disebut T dengan hukum Boyle-Gay Lussac.

11


b. Persamaan Keadaan Gas Ideal pV Nilai untuk sesuatu gas juga tergantung pada massa gas atau T pV sebanding dengan jumlah mole gas. Jadi dikatakan bahwa T pV = nR atau pV = nRT T R = 8,317 joule/mol K = 8,317 x 107 erg/mol K = 1,987 kalori/mol K = 0,08205 liter.atm/mol K massa gas m m Karena n = dan jumlah molekul n = = x M massa molekul gas M bilangan Avogadro (N 0 ) maka diperoleh hubungan N = n N 0 nR Konstanta Boltzman k = maka persamaan keadaan gas ideal N dapat dinyatakan dalam bentuk lain yaitu pV =NkT Dengan k = 1,38 x 10-23 joule/K dan N 0 = 6,025 x 1023 /mole Kapasitas kalor jenis molar gas ideal adalah merupakan jumlah kalor yang diberikan tiap mole gas dibagi dengan kenaikan temperatur gas itu. Secara matematis dinyatakan sebagai ∆Q C= n ∆T Kapasitas kalor jenis molar gas ideal dibedakan menjadi 2 yaitu kapasitas kalor jenis molar pada tekanan tetap (C p ) dan kapasitas kalor jenis molar pada volume tetap (C v ). Ternyata bahwa C p > C v atau Cp = γ = konstanta Laplace. C p - C v = R dan Cv 2. Teori Kinetik Gas a. Anggapan Dasar Teori Kinetik Gas Teori kinetik gas ideal didasarkan pada anggapan bahwa : 1) Gas ideal terdiri atas partikel-partikel (atom-atom ataupun molekul-molekul) dalam jumlah yang banyak sekali 2) Partikel-partikel itu tersebar merata dalam ruangan yang kecil dan senantiasa bergerak dalam arah sebarang 3) Jarak antar partikel-partikel jauh lebih besar dari ukuran partikel 4) Tidak ada gaya antara partikel yang satu dengan yang partikel yang lain kecuali kedua partikel itu bertumbukan 5) Semua tumbukan baik antara dua buah partikel ataupun antara partikel dengan dinding adalah lenting sempurna dan terjadi dalam waktu yang singkat 6) Berlaku Hukum-hukum Newton tentang gerak. b. Tekanan dan Energi Kinetik Partikel Bayangkan gas ini dimasukkan ke dalam kubus yang panjang rusuknya L. Kubus ditempatkan sedemikian rupa sehingga rusuknya sejajar dengan sumbu-sumbu koordinat. Andaikanlah jumlah atom

12


N bergerak hilir 3 mudik sejajar sumbu x dengan kecepatan v ras . Tiap kali tumbukan atom dengan permukaan ABCD kecepatan itu berubah dari + vras

dalam kubus banyaknya N. jadi atom sebanyak

menjadi -vras. Jadi partikel mengalami perubahan momentum m (vras) - m(+vras) = - 2m vras. Sebaliknya partikel memberikan momentum sebesar +2m vras kepada dinding.Selang waktu antara dua buah tumbukan berturut-turut antara atom dengan permukaan ABCD sama dengan waktu yang diperlukan oleh atom untuk bergerak ke dinding yang satu dan kembali, atau menempuh jarak 2 L. 2L t= Vras t = selang waktu antara dua tumbukan. Karena impuls sama dengan perubahan momentum, maka dapat dinyatakan bahwa : F . t = 2 m vras 2L = 2 m vras Vras Maka gaya rata-rata untuk satu atom dapat dinyatakan dengan persamaan :

F.

F=

m V 2 ras L

N 3

Jadi untuk gaya rata-rata

atom dapat dinyatakan dengan

persamaan : F=

N m V 2 ras . 3 L

Tekanan rata-rata pada permukaan ialah hasil bagi antara gaya dengan luas bidang tekan. Jadi : P=

N m V 2 ras 2 . .L 3 L

Karena L3 = Volume kubus (V) Nm = massa gas dengan N atom. dan m sama dengan massa jenis gas, maka dapat dinyatakan : V N m V 2 ras P= . atau P = 1 ρ V 2 ras 3 V 3 Persamaan tersebut dapat pula dinyatakan dalam bentuk : P=

c.

2 N . 3V

1 2

mV 2 ras =

2 N . Ek 3V

Persamaan ini menunjukkan hubungan antara tekanan dengan energi kinetik atom atau partikel. Hubungan antara temperature dengan gerak partikel. Berdasarkan sifat-sifat gas ideal kita telah mendapatkan persamaan P.V = n.R.T.

13


Dengan demikian maka energi kinetik tiap-tiap partikel dapat dinyatakan dengan : P.V = n.R.T N N m V 2 ras .V = . R. T 3 N 0 V 1 R m V 2 ras = T 3 N0

1 m V 2 ras = k . T 3

1 3 m V 2 ras = k . T 2 2 3 Ek = k . T 2 Ek = Energi kinetik partikel. d. Distribusi Kecepatan Partikel Gas Ideal. Dalam gas ideal yang sesungguhnya atom-atom tidak sama kecepatannya. Sebagian bergerak lebih cepat, sebagian lebih lambat. Tetapi sebagai pendekatan kita anggap semua atom itu kecepatannya sama. Demikian pula arah kecepatannya atom-atom dalam gas tidak sama. Untuk mudahnya kita anggap saja bahwa : sepertiga jumlah atom bergerak sejajar sumbu x, sepertiga jumlah atom bergerak sejajar sumbu y dan sepertiga lagi bergerak sejajar sumbu z.

Kecepatan bergerak tiap-tiap atom dapat ditulis dengan bentuk persamaan : vras = 3kT m vras = kecepatan tiap-tiap atom, dalam m/det k = konstanta Boltzman k = 1,38 x 10-23 joule/atom oK T = suhu dalam oK m = massa atom, dalam satuan kilogram . Hubungan antara jumlah rata-rata partikel yang bergerak dalam suatu ruang ke arah kiri dan kanan dengan kecepatan partikel gas ideal, digambarkan oleh MAXWELL dalam bentuk: DISTR IBUS I MAXWELL.

14


M R serta k = maka tiap-tiap molekul gas dapat N N0 dituliskan kecepatannya dengan rumus : vras = 3RT M M = massa gas per mol dalam satuan kg/mol R = konstanta gas umum = 8,317 joule/moloK Dari persamaan di atas dapat dinyatakan bahwa : Pada suhu yang sama, untuk 2 macam gas kecepatannya dapat dinyatakan : 1 1 vras : vras = : 1 2 M2 M1 Pada gas yang sama, namun suhu berbeda dapat disimpulkan : vras : vras = T : T

Oleh karena m =

1

2

1

2

e.

Energi Dalam Telah kita ketahui bahwa setiap partikel suatu sistem selalu bergerak asalkan T lebih besar nol Kelvin sehingga energinya tentu tidak nol. Energi rata-rata untuk N partikel gas ideal beratom tunggal 1 3 3 U = N ( mv 2 ) = nRT = NkT dengan U disebut energi dalam. 2 2 2 Sedangkan untuk gas ideal yang beratom dua, menurut ekuipartisi energi diperoleh 7 7 U = nRT = NkT 2 2 3. Hukum 1 Thermodinamika 1. Hukum I termodinamika untuk Proses Isobarik. Pada proses ini gas dipanaskan dengan tekanan tetap, ( lihat gambar ).

sebelum dipanaskan sesudah dipanaskan Dengan demikian pada proses ini berlaku persamaan BoyleGayLussac V1 V2 = T1 T2 Jika grafik ini digambarkan dalam hubungan P dan V maka dapat grafik sebagai berikut :

Pemanasan

Pendinginan

Usaha luar yang dilakukan adalah : W = p ( V 2 - V 1 ). karena itu hukum I termodinamika dapat dinyatakan ∆ Q = ∆ U + p ( V2 - V1 ) 15


2.

Panas yang diperlukan untuk meningkatkan suhu gas pada tekanan tetap dapat dinyatakan dengan persamaan : ∆ Q = m cp ( T2 - T1 ) Pertambahan energi dalam gas dapat pula dinyatakan dengan persamaan : ∆ U = m cv ( T2 - T1 ) Karena itu pula maka usaha yang dilakukan pada proses isobarik dapat pula dinyatakan dengan persamaan : ∆ W = ∆ Q - ∆ U = m ( cp - cv ) ( T2 - T1 ) Hukum I Termodinamika untuk Proses Isokhorik ( Isovolumik ) Pada proses ini volume Sistem konstan. ( lihat gambar )

Sebelum dipanaskan. Sesudah dipanaskan. Dengan demikian dalam proses ini berlaku Hukum Boyle-Gay Lussac dalam bentuk : P1 P2 = T1 T2 Jika digambarkan dalam grafik hubungan P dan V maka grafiknya sebagai berikut :

Pemanasan Pendinginan Karena ∆ V = 0 maka W = p . ∆ V W = 0 ( tidak ada usaha luar selama proses ) ∆ Q = U2 - U1 Kalor yang diserap oleh sistem hanya dipakai untuk menambah energi dalam (∆ U ) ∆ Q = ∆ U ∆ U = m . cv ( T2 - T1 ) 3.

Hukum I termodinamika untuk proses Isothermik. Selama proses suhunya konstan. ( lihat gambar )

Sebelum dipanaskan. Sesudah dipanaskan. Oleh karena suhunya tetap, maka berlaku Hukum BOYLE. P 1 V2 = P2 V2 Jika digambarkan grafik hubungan P dan V maka grafiknya berupa :

16


Pemanasan Pendinginan Karena suhunya konstan T 2 = T 1 maka : ∆ U = U2 - U1 = 23 n R T 2 - 23 n R T 1 = 0 ( Usaha dalamnya nol ) Kalor yang diserap sistem hanya dipakai untuk usaha luar saja. V2 V ) = P2 V2 ( ln 2 ) V1 V1 P1 P W = P1 V1 ( ln ) = P2 V2 ( ln 1 ) P2 P2 V V W = n R T1 ( ln 2 ) = n R T2 ( ln 2 ) V1 V1 P1 P W = n R T1 ( ln ) = n R T2 ( ln 1 ) P2 P2 W = P1 V1 ( ln

4.

Hukum I Termodinamika untuk proses Adiabatik. Selama proses tak ada panas yang masuk / keluar sistem jadi Q = 0 ( lihat gambar )

Sebelum proses Selama/akhir proses oleh karena tidak ada panas yang masuk / keluar sistem maka berlaku Hukum Boyle-Gay Lussac PV PV 1 1 = 2 2 T1 T2 Jika digambarkan dalam grafik hubungan P dan V maka berupa :

Pengembangan Pemampatan Karena ∆ Q = 0 maka O = ∆ U + ∆ W U 2 -U 1 = - ∆ W Bila ∆ W negatif ( -W = sistem ditekan ) usaha dalam sistem ( ∆ U ) bertambah. Sedangkan hubungan antara suhu mutlak dan volume gas pada proses adibatik, dapat dinyatakan dengan persamaan : T.Vγ-1 = konstan atau T .V1γ-1 = T .V γ-1 1

2

Usaha yang dilakukan pada proses adiabatik adalah :

17

2


W = m . cv ( T1 - T2 )

W = P1 .V1 ( V 2 γ-1 - V1γ-1 )

atau

1−γ

Juga berlaku persamaan : P 1 .V1γ = P 2 .V 2 γ 4. Kapasitas Kalor Gas 1. Pengertian Kapasitas Kalor Ada tiga besaran yang umum digunakan untuk menghitung kalor yang diterima atau dilepaskan oleh suatu gas : kalor jenis, kapasitas kalor, dan kapasitas kalor molar. Ketiga besaran ini saling berhubungan, sehingga jika rumus salah satu besaran diketahui, maka rumus kedua besaran lainnya dapat diperoleh. Dalam bagian ini kita pilih untuk memformulasikan kapasitas kalor (diberi notasi C) Kapasitas kalor C, didefinisikan sebagai kalor Q yang diperlukan oleh suatu zat untuk menaikkan suhu zat itu sebesar satu kelvin Q Definisi kapasitas kalor : C= atau Q = C ∆T ∆T

Satuan SI untuk kapasitas kalor adalah J/K atau JK-1 Kalor yang diberikan kepada gas untuk menaikkan suhunya dapat dilakukan pada tekanan tetap (proses isobaris) atau pada volume tetap (proses isokhoris). Karena itu ada dua jenis kapasitas kalor yang dikenal pada gas, yaitu kapasitas kalor gas pada tekanan tetap C p dan kapasitas kalor gas pada volume tetap C v . Kapasitas kalor gas pada tekanan tetap C p didefinisikan sebagai kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat satu kelvin pada tekanan tetap. Kapasitas Kalor pada tekanan tetap : C p = Q p

∆T

atau Q p = C p ∆T

Kapasitas kalor gas pada volume tetap C v didefinisikan sebagai kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat satu kelvin pada volume tetap. Kapasitas kalor pada volume tetap :

Cv =

Qv ∆T

atau Qv = C v ∆T

Pada proses perubahan dengan volume tetap, seluruh kalor yang diberikan pada sistem hanya digunakan untuk menaikkan energi dalam sistem ( ∆U = Qv ). Sedangkan pada tekanan tetap, kalor yang diberikan selain digunakan untuk menaikkan energi dalam juga digunakan untuk melakukan usaha ( ∆U = Q p − W atau Q p = ∆U + W ) . Dari kedua persamaan ini diperoleh Q p = ∆U + W Q p = Qv + W Q p − Qv = W

Dengan memasukkan nilai Q p dan Q v , serta nilai W = p∆V untuk proses tekanan tetap diperoleh C p ∆T − C v ∆T = p ∆V (C p − C v ) ∆T C p − Cv =

18

p∆V ∆T

= p ∆V


p ∆V = nR∆T

2.

atau

p∆V = nR , sehingga persamaan tersebut ∆T

menjadi Beda C p dan C v C p - C v = nR Dengan n adalah banyak zat dalam mol dan R adalah tetapan gas umum Nilai Kapasitas Kalor dan tetapan Laplace 3 Untuk gas monoatomik, ∆U = nR∆T , sedangkan sebelumnya telah 2 diperoleh ∆U = Qv atau ∆U = C v ∆T . Dengan menyamakan ruas kanan kedua persamaan ∆U ini, kita peroleh 3 3 C v ∆T = nR∆T atau C v = nR 2 2 Dari persamaan C p = C v + nR , sehingga diperoleh : 3 5 C p = nR + nR atau C p = nR 2 2 Tetapan Laplace (notasi γ ) didefinisikan sebagai nilai perbandingan antara kapasitas kalor pada tekanan tetap dengan kapasitas kalor pada volume tetap. Cp γ= Definisi tetapan Laplace Cv Perhatikan , C p > C v maka pastilah γ > 1. Sebagai contoh , untuk gas monoatomik , C p = 5/2nR dan C v = 3/2 nR, sehingga 5 nR 5 = = 1,67 γ=2 3 3 nR 2 Akhirnya, dapatlah kita rangkum formulasi kapasitas kalor dan tetapan Laplace 3 5 5 Gas monoatomik C v = nR, C p = nR ; γ =

Gas diatomik

2 2 3 5 7 7 C v = nR ; C p = nR ; γ = 2 2 5

Kapasitas Kalor Molar Selain besaran kapasitas kalor yang digunakan di fisika, dalam kimia lebih sering digunakan besaran kapasitas kalor molar. Kapasitas kalor molar (notasi C m ) adalah kapasitas kalor per mol. Cm =

Kapasitas kalor molar

C n

atau C = nC m

Dengan demikian , dapat kita tulis Kalor pada tekanan tetap Q p = C p ∆T ; Q p = n C p ,m ∆T Kalor pada volume tetap

Qv = C v ∆T ; Qv = n CV ,m ∆T

19


Dengan substitusi nilai C kedalam C m =

C dapat diperoleh formulasi n

kapasitas kalor molar berikut. Gas monoatomik

3 CV ,m = R 2

Gas diatomik

5 CV ,m = R 2

5 C p ,m = R 2

7 C p ,m = R 2

5. Hukum Termodinamika II Hukum termodinamika pertama secara esensial adalah hukum kekekalan energi yang memasukkan kalor sebagai model perpindahan energi. Menurut hukum pertama, energi dalam suatu zat dapat ditingkatkan dengan menambahkan kalor ke zat atau dengan melakukan usaha pada zat. Hukum pertama tidak membatasi tentang arah perpindahan kalor yang dapat terjadi. Hukum kedua termodinamika mengatakan bahwa aliran kalor memiliki arah. Dengan kata lain, tidak semua proses di alam adalah reversibel(arahnya dapat dibalik). Jika seekor beruang berbaring di salju , kalor dari tubuhnya akan mencairkan salju, tetapi beruang tidak dapat mengambil energi dari salju untuk menghangatkan tubuhnya. Dengan demikian, aliran energi kalor memiliki arah, yaitu dari panas ke dingin. Satu aplikasi penting dari hukum kedua adalah studi tentang mesin kalor, seperti mesin bensin pada mobil dan prinsip-prinsip yang membatasi efisiensinya. 1. Mesin Kalor T1 T1 > T2 Q1 MESIN

W Q2

T2 Gambar 5 : Mesin Kalor Masin kalor adalah suatu alat yang mengubah energi panas menjadi energi mekanik. Sebuah mesin kalor membawa sejumlah fluida kerja melalui suatu proses siklus di mana (a) kalor diserap dari sebuah sumber suhu tinggi, meningkatkat energi dalam mesin; (b) mengubah sebagian energi dalam ini ke usaha mekanik; dan (c) membuang energi sisa sebagai kalor ke sebuah sumber suhu rendah. Mesin kalor menyerap sejumlah kalor Q1 dari sumber panas, melakukan usaha mekanik W, dan kemudian membuang kalor Q2 ke sumber dingin. Karena fluida kerja melalui proses siklus (berawal dari satu keadaan dan kembali ke keadaan tersebut), maka jelas bahwa ∆U = 0. Dengan demikian, hukum pertama termodinamika

20


memberikan bahwa usaha W yang dilakukan oleh mesin kalor sama dengan yang digunakan mesin. Kalor yang digunakan mesin adalah Q = Q1 − Q2 ; dan karena itu W = Q1 − Q2 Di mana Q1 dan Q2 adalah besaran-besaran yang bertanda positif. Jika fluida kerjanya adalah gas, maka usaha yang dilakukan fluida kerja untuk sebuah proses siklus sama dengan luas yang dimuat siklus pada diagram p-V, Efisiensi termal sebuah mesin kalor adalah nilai perbandingan antara usaha yang dilakukan dan kalor yang diserap dari sumber suhu tinggi selama satu siklus. Definisi efisiensi mesin kalor η = W = Q1 − Q2 = 1 − Q2 Q1

2.

Q1

Q1

Mesin Carnot P a

T1

Proses ab : Isotermis → T a = T b = T 1 Kalor yg diserap = Q 1 Proses bc : Adiabatis → Q bc = 0 b Proses cd : Isotermis → T c = T d = T 2 Q1 Kalor yg dilepas = Q 2 Proses da : Adiabatis → Q da = 0

T2 d

c Q2 V Gambar 6 : Mesin Carnot

Siklus yang terjadi pada mesin Carnot adalah terdiri dari ekspansi secara isotermis dan adiabatis serta pemampatan secara isotermis dan adiabatis. Pada proses pemuaian isotermis, kalor Q1 diserap, dan pada proses pemampatan isotermal, kalor Q2 dilepaskan. Dalam siklus Carnot tidak terjadi perubahan energi dalam ( ∆U = 0 ), segingga sesuai dengan hukum pertama termodinamika : ∆U = Q − W

0 = (Q1 − Q2 ) − W → W = Q1 − Q2

Dengan Q1 dan Q2 adalah besaran yang bernilai positif. Persamaan W = Q1 − Q2 persis sama seperti pada mesin kalor. Kedua persamaan ini sama karena mesin Carnot termasuk mesin kalor. Oleh karena itu, persamaan efisiensi mesin Carnot dalam Q1 dan Q2 akan persis sama deengan efisiensi mesin kalor yang telah kita nyatakan sebelumnya, yaitu Q W Q1 − Q2 = =1− 2 η= Q1 Q1 Q1 Telah diketahui bahwa untuk fluida kerja gas ideal, energi dalam U sebanding dengan suhu mutlak T. Dari pernyataan ini, sehingga efisiensi mesin Carnot untuk suatu gas ideal dapat dinyatakan sebagai. 21


Q2 T =1− 2 Q1 T1 Mesin Pendingin

η =1−

3.

T1 T1 > T2 Q1 MESIN

W Q2

T2 Gambar 7 : Mesin Pendingin Hukum kedua termodinamika berpegang kepada kecenderungan alamiah kalor untuk mengalir dari benda panas ke benda dingin. Analogikan dengan air yang cenderung mengalir dari tempat tinggi ke tempat rendah. Air dapat dipaksa mengalir dari tempat yang rendah ke tempat yang tinggi oleh sebuah pompa. Tentu saja, kalor juga dapat dipaksa mengalir dari benda dingin ke benda panas dengan melakukan usaha pada sistem. Peralatan yang bekerja dengan cara seperti ini disebut mesin pendingin, sedangkan proses yang dialami sistem atau pompa disebut proses pendinginan. Ukuran kinerja (performa) sebuah kulkas dan pendingin ruangan bisa diperoleh dengan menetapkan hasil bagi kalor Q 2 yang dipindahkan dari sumber dingin dengan usaha W yang dibutuhkan untuk memindahkan kalor ini. Hasil bagi ini disebut koefisien performasi (diberi lambang C p ) Q Definisi koefisien Performasi Cp = 2 W Perhatikan , Q2 > W sehingga C p > 1 (koefisen performasi selalu lebih dari 1). Dengan memasukkan persaan Q 1 = Q 2 + W atau W = Q 1 - Q 2 kedalam persamaan untuk C p diperoleh, ......................................................(*) Cp =

Q2 1 1 = = Q1 − Q2 Q1 Q1 − Q2 −1 Q2 Q2

Koefisien performasi paling besar yang mungkin adalah mesin pendingin Carnot, yang prosesnya adalah kebalikan dari mesin Carnot. Untuk mesin Carnot telah kita peroleh Q1 = T1 , sehingga jika Q2

T2

ini kita masukkan ke dalam (*) kita peroleh Cp =

T2 1 1 = = T1 T1 − T2 T1 − T2 −1 T2 T2

Koefisien performasi mesin pendingin

22

Cp =

T2 T1 − T2


D. Latihan 1. Berapakah volume 4 gram gas oksigen O 2 (berat molekul M = 32). keadaan normal (T = 00 C dan p = 1 atm), bila diketahui R = 8314 J/kmol K, 1 atm = 105 Nm-2. 2. Hitunglah energi kinetik sebuah atom gas helium pada suhu 270 C, jika diketahui nilai tetapan Boltzmann k = 1,38 x 10-23 J/K 3. Sebuah tangki silinder yang mengandung 19 kg udara pada tekanan 9,5 x tekanan atmosfer (9,5 atm) disimpan pada tempat bersuhu 70 C. Ketika dipindahkan ke bengkel bersuhu 270 C, sebuah katup pengaman pada tangki bekerja, membebaskan (meloloskan) sejumlah udara. Jika katup meloloskan udara ketika tekanannya melebihi 10 kali tekanan atmosfer, hitunglah massa udara yang lolos! 4. Suatu gas volumenya 0,5 m3 perlahan-lahan dipanaskan pada tekanan tetap hingga volumenya menjadi 2 m3. Jika usaha luar gas tersebut 3 x 10 5 joule, maka berapakah tekanan gas ? 5. Dua mol gas helium ( γ = 5/3) suhu awalnya 270 C dan menempati volume 20 liter. Gas mula-mula memuai pada tekanan tetap sampai volumenya menjadi dua kali. Kemudian gas mengalami suatu perubahan adiabatis sampai suhunya kembali ke nilai awalnya. (R = 8,31 J/mol K). a. Buat sketsa proses yang dialami gas pada diagram p-V b. Berapa volume dan tekanan akhir gas c. Berapa usaha yang dilakukan gas

23


III.

GELOMBANG DAN OPTIK

A. Kompetensi Dasar : Setelah mempelajari materi gelombang dan optik, peserta diklat mampu: 1. Menguasai konsep dan prinsip gelombang dan optik dalam berbagai penyelesaian masalah dan prodok teknologi 2. Menganalisis sifat gelombang 3. Menafsirkan peristiwa interferensi dan difraksi cahaya B. Indikator: Setelah mengikuti pelatihan ini diharapkan dapat: 1. Menyebutkan sifat sifat umum gelombang. 2. Menerapkan persamaan gelombang sinusoida. 3. Menerapkan besaran fisis pada peristiwa interferensi. 4. Menentukan besaran fisis pada peristiwa difraksi. C. Materi Gelombang 1. Sifat Gelombang Secara umum sifat – sifat gelombang adalah: a. Dapat mengalami pemantulan atau refleksi b. Dapat mengalami pembiasan atau refraksi c. Dapat mengalami superposisi atau interferensi d. Dapat mengalami lenturan atau difraksi, dan e. Dapat mengalami pengutuban atau polarisasi. 2. Hubungan Antara Simpangan, Amplitudo, Frekuensi, Periode, dan Beda fase. a. Simpangan: Simpangan adalah jarak titik dihitung dari kedudukan kesemtimbangan awal b. Amplitudo (A) Amplitudo adalah perpindahan maksimum dari titik kesetimbangan. c. Periode (T) Periode (T) adalah waktu yang diperlukan benda untuk melakukan satu getaran atau satu siklus penuh. Satuan periode adalah sekon atau detik. d. Frekuensi (f) Frekuensi adalah banyaknya getaran yang dilakukan oleh benda selama satu detik. Yang dimaksudkan dengan getaran di sini adalah getaran lengkap. Satuan frekuensi adalah 1/sekon atau s-1. 1/sekon atau s1 disebut juga hertz. (menghargai penemunya, yaitu seorang fisikawan Hertz) . e. Fase: Adalah suatu besaran yang berubah secara periodik atau berubah secara teratur. f. Sudut Fase Adalah sudut yang ditempuh oleh suatu titik selama bergetar harmonis g. Beda Fase

24


Adalah selisih fase antara dua titik yang bergetar harmonis . h. Fase getaran, Adalah perbandingan antara lamanya titik yang bergetar dengan periodenya, atau keadaan getaran itu yang menggambarkan posisi, kecepatan dan percepatannya. 3. Hubungan antara Periode dan Frekuensi Frekuensi adalah banyaknya getaran yang terjadi selama satu detik atau satu sekon. Dengan demikian selang waktu yang dibutuhkan untuk melakukan satu getaran adalah :

Selang waktu yang dibutuhkan untuk melakukan satu getaran adalah periode. Dengan demikian, secara matematis hubungan antara periode dan frekuensi adalah sebagai berikut :

4. Persamaan Gelombang Harmonik a. Simpangan Gerak Harmonik

y = A sin ωt = A sin 2πf

b. Jika pada saat awal benda pada posisi θ0, maka y = A sin (ωt + θ 0 ) = A sin (2πft + θ 0 ) c. Besar sudut (ωt+θ 0 ) disebut sudut fase (θ), sehingga t θ = ωt + θ 0 = 2π + θ 0 T φ disebut fase getaran dan Δφ disebut beda fase. t θ  θ = 2π  + 0  = 2πϕ T

ϕ=

2π 

t θ0 + T 2π

∆ϕ = ϕ 2 − ϕ1 =

t 2 − t1 T

D. Materi Optika 1. Mikroskop Sebuah mikroskop terdiri atas susunan dua buah lensa positif. Lensa yang berhadapan langsung dengan objek yang diamati disebut lensa objektif. Sementara itu, lensa tempat mata mengamati bayangan disebut lensa okuler. Fungsi lensa okuler ini sama dengan lup. Fungsi mikroskop mirip dengan lup, yakni untuk melihat objek-objek kecil. Akan tetapi, mikroskop dapat digunakan untuk melihat objek yang jauh lebih kecil lagi karena perbesaran yang dihasilkannya lebih berlipat ganda dibandingkan

25


dengan lup. Pada mikroskop, objek yang akan diamati harus diletakkan di depan lensa objektif pada jarak antara fob dan 2fob sehingga bayangannya akan terbentuk pada jarak lebih besar dari 2fob di belakang lensa objektif dengan sifat nyata dan terbalik. Bayangan pada lensa objektif dipandang sebagai objek oleh lensa okuler dan terbentuklah bayangan pada lensa okuler. Agar bayangan pada lensa okuler dapat dilihat atau diamati oleh mata, bayangan ini harus berada di depan lensa okuler dan bersifat maya. Hal ini dapat terjadi jika bayangan pada lensa objektif jatuh pada jarak kurang dari fok dari lensa okuler. Proses terbentuknya bayangan pada mikroskop, terlihat bahwa bayangan akhir yang dibentuk oleh mikroskop bersifat maya, terbalik dan diperbesar.

Jarak antara lensa objektif dan lensa okuler menentukan panjang pendeknya sebuah mikroskop. Panjang mikroskop atau jarak antara lensa objektif dan lensa okuler sama dengan jarak bayangan objektif ke lensa objektif ditambah jarak bayangan objektif tadi ke lensa okuler atau secara matematis dituliskan Perbesaran total yang dihasilkan mikroskop merupakan perkalian antara perbesaran yang dihasilkan oleh lensa objektif dan perbesaran sudut yang dihasilkan oleh lensa okuler. Secara matematis, perbesaran total yang dihasilkan mikroskop ditulis sebagai berikut. Perbesaran yang dihasilkan oleh lensa obyektif adalah: Perbesaran yang dihasilkan oleh lensa okuler seperti pada Lup. Untuk Mata tanpa berakomodasi : Untuk Mata berakomodasi maksimal : 2. Interferensi : 1. Pengertian Interferensi a. Interferensi adalah hasil kerja sama dua gelombang atau lebih yang bertemu pada satu titik di dalam ruang dan menimbulkan fenomena fisik yang dapat diamati. Peralatan yang digunakan untuk menunjukkan adanya interferensi cahaya disebut interferometer b. Untuk menghasilkan interferensi dibutuhkan sumber-sumber gelombang(cahaya) yang bersifat koheren yaitu gelombang yang mempunyai frekuensi sama dan beda fase tetap dalam penjalarannya.

26


2. Interferensi Cahaya. Interferensi Cahaya adalah Perpaduan dua atau lebih sumber cahaya sehingga menghasilkan keadaan yang lebih terang (interferensi maksimum) dan keadaan yang gelap (interferensi minimum). Syarat : Cahaya tersebut harus koheren. Koheren : Dua sumber cahaya atau lebih yang mempunyai frekwensi, amplitudo dan beda fase yang tetap. Ada dua macam interferensi cahaya dari pola hasil interferensi ini yang dapat ditangkap pada layar: a. Interferensi maksimum : Pada layar didapatkan garis terang apabila beda jalan cahaya antara celah merupakan bilangan genap dari setengah panjang gelombang. b. Interferensi minimum : Pada layar didapatkan garis gelap apabila beda jalan antara kedua berkas cahaya merupakan bilangan ganjil dari setengah panjang gelombang. Paduan Gelombang 1. Saling menguatkan dan Saling Melemahkan

Gambar: Paduan Gelombang Hasil Interferesi Cahaya 2. Beda Lintasan Jarak tempuh cahaya yang melalui dua celah sempit mempunyai perbedaan (beda lintasan), hal ini yang menghasilkan pola interferensi.

Gambar: Interferensi Pada Celah Sempit

27


Kondisi Interferensi

Gambar: Hasil Interferensi Dua Celah Sempit Untuk mendapatkan cahaya koheren dapat digunakan beberapa metode : a. Percobaan cermin Fresnell. b. Percobaan Young. c. Cincin Newton. d. Interferensi cahaya pada selaput tipis. Contoh interferensi : a. Percobaan Cermin Fresnell. Fresnell menggunakan dua cermin datar yang ujung-ujungnya diletakkan satu sama lain sehingga membentuk sebuah sudut yang mendekati 1800.

Gambar : Percobaan Cermin Fresnell Sinar dari S dipantulkan oleh cermin I seolah-olah berasal dari S 1 dan oleh cermin II seolah-olah S 2 . Bila P adalah garis gelap ke k di sebelah M, maka :

Bila P adalah garis terang ke k setelah garis terang pusat M, maka : p.d 1 Untuk k = 1,2,3,…n = (2k) λ 1 2 Keterangan : P = Jarak terang pusat ke garis gelap pada layar (PM). D = Jarak antara sumber cahaya (S 1 dan S 2 ). L = Jarak sumber cahaya ke layar. λ = Panjang gelombang cahaya yang dipergunakan..

28


b. Percobaan Young.

Gambar 22: Percobaan Young Sumber cahaya yang monokromatik dilewatkan suatu celah yang sempit S kemudian diteruskan melalui celah S 1 dan S 2 . S 1 dan S 2 berlaku sebagai dua buah sumber cahaya garis yang sejajar dan koheren yang baru. Penyelesaian yang berlaku sama halnya dengan percobaan cermin Fresnell. 3. Cincin Newton.

Gambar 23: Percobaan Cincin Newton Bila cahaya dijatuhkan pada susunan lensa plankonveks yang diletakkan diatas kaca, karena diantara lensa dan kaca terdapat lapisan udara yang bertindak sebagai selaput tipis, cahaya tersebut akan mengalami interferensi. Bila cahaya yang dijatuhkan berupa cahaya monokromatik, maka di permukaan datar lensa plankonveks terlihat cincin gelap (minimum) dan terang (maksimum). Tetapi bila yang dijatuhkan sinar polikromatik akan terlihat cincin berwarna. Cincin yang terlihat ini dinamakan cincin Newton. Untuk menentukan gelap dan terang digunakan rumus : Terang (max) : r k 2 =

1 2

R(2k + 1)

2

Gelap (min) : r k = R(k) Harga k = 0,1,2,3,…n

29


4. Interferensi Pada Lapisan Tipis

Cahaya mengenai lapisan tipis dengan sudut datang i maka : 1. Sebagian dipantulkan langsung (gambar garis H) dan dilewatkan pada sebuah lensa positif dan difokuskan di P. 2. Sebagian dibiaskan, yang akan dipantulkan kembali ke permukaan yang dilewatkan pada sebuah lensa positif (gambar garis C) sehingga difokuskan di P. 3. Berkas cahaya di P merupakan hasil interferensi berkas cahaya yang dipantulkan langsung (H), dan berkas cahaya yang mengalami pembiasan dahulu, kemudian baru dipantulkan (C). Dalam kehidupan sehari-hari dapat dilihat pada peristiwa : 1. Warna-warna cahaya yang dipantulkan oleh buih sabun. 2. Warna-warna cahaya yang dipantulkan oleh lapisan minyak di atas permukaan air. 5. Difraksi Jika muka gelombang bidang tiba pada suatu celah sempit (lebarnya lebih kecil dari panjang gelombang), maka gelombang ini akan mengalami lenturan sehingga terjadi gelombang-gelombang setengah lingkaran yang melebar di belakang celah tersebut. Peristiwa ini dikenal dengan difraksi. Difraksi merupakan pembelokan cahaya di se-kitar suatu penghalang atau suatu celah.

30


Gambar Terjadinya Defraksi Cahaya Difraksi celah tunggal Pola interferensi dihasilkan dari celah ganda. Kita juga dapat menghasilkan pola interferensi dengan celah tunggal yang lebar celahnya mendekati l (tidak lebih kecil atau lebih besar)

m= + 1 m = -1

Gambar: Hasil Defraksi Pada Celah Tunggal Catatan : terang pusat lebarnya dua kali terang kedua. Syarat terjadinya garis gelap ke-m adalah: Untuk sudut θ yg kecil, berlaku:

= d sin θ m= λ; m 1, 2, 3,...

Syarat terjadinya garis terang ke-m adalah : pd = mλ l

Untuk sudut θ yg kecil, berlaku : pd = (m + 12 )λ l

d sin θ = (m + 1 2 )λ ;

m = 0,1, 2, ...

Difraksi Fresnel Jenis difraksi dimana sumber cahaya dan/atau layar terletak pada jarak tertentu (dekat) dari celah difraksi. Tinjauan teoritis dari difraksi Fresnel sangat kompleks. P

Source

Viewing screen Diffraction slit

Gambar: Defraksi Fresnel

31


Difraksi Fraunhofer… Berikut adalah susunan eksperimen untuk memperoleh pola Difraksi Fraunhofer dari suatu celah tunggal: P

Light source

f2 Source slit

f1 Diffraction slit

viewing screen

Gambar:Difraksi Fraunhofer celah tunggal Kondisi untuk interferensi destruktif oleh cahaya dari titik-titik yang terpisah sejauh a/2:

a λ sin θ = 2 2

Kondisi untuk terpisah

interferensi destruktif oleh cahaya dari titik-titik yang

λ a sin θ = 4 2 Kondisi untuk interferensi destruktif oleh cahaya dari titik-titik yang terpisah sejauh a/2m (m = non-zero integer) : sejauh a/4:

sin θ = m

λ a

Sehingga, kondisi umum untuk interferensi destruktif : (m = ±1, ±2, ±3,. .)

λ a sin θ = 2m 2

Gambar: Kisi difraksi Suatu kisi difraksi terdiri dari sejumlah besar celah sejajar yang serbasama. Kisi dapat dibuat dengan membuat goresan-goresan halus pada sekeping kaca. Kisi transmisi adalah suatu kisi dengan celah yang memugkinkan cahaya dapat melewatinya. Kisi Refleksi adalah suatu kisi dengan celah yang memantulkan cahaya

32


Kisi umumnya mempunyai goresan mencapai 5000 goresan per centimeter. Sehingga jarak antara dua celah sangat kecil yaitu sekitar d = 1/5000 = 20000 A. Pola distribusi cahaya oleh kisi Jika suatu kisi transmisi disinari dari belakang, tiap celah bertindak sebagai suatu sumber cahaya koheren. Pola cahaya yg diamati pada layar dihasilkan dari kombinasi efek interferensi dan difraksi. Tiap celah menghasilkan difraksi, dan berkas difraksi ini berinterferensi dengan yang lain untuk menghasilkan pola akhir. Kita telah melihat pola dari efek kombinasi ini untuk kasus 2 celah:

Gambar: Pola Defraksi Perhatikan bagaimana pola difraksi bertindak sebagai suatu “envelop” dan mengontrol intensitas interferensi maksimum secara teratur Pengaruh memperbesar jumlah celah Diagram menunjukkan pola interferensi yang dibungkus oleh pita interferensi pusat untuk setiap kasus. Jarak celah sama untuk 5 kasus tersebut. Hal yang penting adalah: 1. Posisi angular dari maksimum utama (primary maxima) untuk N yang berbeda adalah sama. 2. Jumlah maksimum sekunder antara dua maksimum primer meningkat dengan N dan sama dengan N-2. 3. Intensitas maksimum sekunder melemah dibandingkan maksimum primer. 4. Lebar maksimum primer berkurang dengan naiknya N

Gambar : Kondisi untuk maksimum primer dari kisi 33


Kondisi interferensi konstruksi kisi merupakan beda jalan antara sinar dari pengatur celah besarnya sama dengan satu panjang gelombang λ dari beberapa integral perkalian λ :

d sin θ = mλ

m = 0, 1, 2, 3

…

Maximum pada θ = 0 (m = 0) disebut maksimum orde-0 (zero-order maximum). Maximum pada jarak sudut θ dengan d·sinθ = λ ( m = 1) disebut maksimum orde pertama. Maksimum orde ke m adalah jarak sudut θ m dengan d·sinθ m = mλ.

Gambar : Kondisi minimum untuk kisi Kisi difraksi yang mempunyai N celah, terdapat N-2 maksimum kedua dan N-1 minimum antara dua maksimun yang diatur. Kondisi minimum diperoleh ketika jumlah fasor gelombang cahaya dari N celah = 0, dengan : m = 1, 2, 3, . . . .

nλ d sin θ = mλ + N

n = 1, 2, 3, . . . . , N - 1

6. Polarisasi Cahaya Gelombang cahaya memiliki arah getaran medan listrik dan medan magnetic yang saling tegak lurus, dan keduanya tegak lurus terhadap arah rambat gelombang cahaya. Dengan demikian, gelombang cahaya termasuk gelombang transversal, sehingga mengalami gejala polarisasi. Polarisasi cahaya adalah terserapnya sebagian arah getar cahaya. Cahaya yang sebagian arah getarnya terserap disebut cahaya terpolarisasi, dan jika cahaya hanya mempunyai satu arah getar tertentu disebut cahaya terpolarisasi linier. Cahaya terpolarisasi dapat diperoleh dari cahaya tidak terpolarisasi, yaitu dengan menghilangkan (memindahkan) semua arah getar dan melewatkan salah satu arah getar saja.

34


IV. LISTRIK MAGNET

Kompetensi yang diharapkan Peserta PLPG mempunyai pengetahuan dan pemahaman yang memadai tentang konsep-konsep listrik magnet dan dapat menerapkan untuk menyelesaian masalah-masalah terkait sebagai materi pembelajaran di Indikator • Mampu memformulasikan Gaya Listrik, Hukum Coulomb, Medan Listrik, Kuat Medan Listrik, Garis Medan Listrik, Fluks Medan Listrik, Energi Potensial Muatan, Potensial sebuah Titik, dan Selisih Potensial antara Dua Titik. • Mampu memformulasikan Kapasitas, Energi yang Tersimpan pada Kapasitor Pelat Sejajar, kapasitas pengganti kapasitor gabungan. • Mendeskripsikan terjadinya arus listrik, perbedan arus listik searah (DC) dan arus listrik bolak-balik (AC). • Memformulasikan konsep/besaran/hukum berkaitan dengan rangkaian tertutup. • Mendeskripsikan penggunan alat ukur listrik. • Medan magnet Arus Listrik (Elektromagnetik) • Tegangan dan Arus Induksi • Gaya Loretz dan Aplikasinya • Arus Bolak-balik. 1. LISTRIK STATIK B. Muatan Listrik 1. Materi tersusun oleh atom. 2. Atom tersusun oleh inti yang diedari electron yang bermuatan listrik negatip; inti terdiri dari netron yang netral dan proton yang bermuatan listrik positip. 3. Dalam keadan alami, jumlah proton dan jumlah elektron dalam sebuah atom sama (Σp = Σe); atom disebut netral (tidak bermuatan) 4. Bila atom kehilangan satu atau beberapa elektron, Σp > Σe, atom disebut bermuatan positif (ion postif). 5. Bila atom mendapat tambahan elektron, Σe > Σp, atom diesebut bermuatan negatif (ion negatif). 6. Benda bermuatan positip bila mengandung atom yang bermuatan positip, dan bermuatan negatip bila mengandung atom yang bermuatan negatip. C. Hukum Coulomb 1. Antara dua dua muatan (dua benda bermuatan) terjadi gaya interaksi (gaya aksi reaksi). 2. Gayanya dberi nama gaya coulomb. 3. Muatan sejenis saling menolak; muatan tak sejenis salng menarik. 4. Gaya saling menarik, gayanya menuju pelaku; Gaya saling menolak, gayanya menjauhi pelaku. Q1

Q2

Q1

35

Q2

PLPG Rayon 138: Pendalaman Materi Gambar 1.1

Perjanjian: F 12 : gaya yang dialami Q 1 , dilkukan oleh Q 2 ; F 21 : gaya yang dilalami Q 2 yang dilakukan oleh Q 1 (boleh dibalik, asal konsisten). Besarnya gaya coulomb: 1. Sebanding (berbanding lurus) dengan besarnya Q 1 dan Q 2 : F c α Q 1 ; F c α Q 2 atau F c α Q 1 Q 2 . 1 1 2. Sebanding dengan 2 atau berbanding terbalik dengan r2 : Fc α 2 r r 3. Gaya coulomb sebanding dengan konstanta K, yang nilainya bergantung pada mediaum di mana muatan berada : Fc α K QQ Secara matematis: F12 = F21 = K 1 2 2 r QQ Dalam hampa udara: F12 = F21 = K o 1 2 2 r 1 (K o = ; ε o disebut permitivitas hampa , untuk medium lain dinyatakan 4πε o dengan ε atau ε m .

εm = ε r atau ε m = ε r ε m . Nilai K o = 8,98 x 109 N.m2.C-2 ; εo

ε o = 8,86 x 10-12C2N-1m-2); ε disebut permitivitas medium. D. Perhitungan Besar dan Penentuan Arah Gaya Coulomb pada Sebuah Muatan a. Gaya pada q 1 oleh muatan q 2 . qq Besarnya F12 = K 1 2 2 . r • Arahnya: muatan sejenis (tolak menolak), menjauhi q 2 ; muatan tak sejenis (tarik-menarik), menuju q 2 . • Bila dalam perhitungan diperhatikan tanda masing-masing muatan, hasilnya dapat postif, dapat negative. Tanda positif hanya menunjukkan bahwa gaya iteraksinya tolak-menolak (F 12 menjauhi q 2 ) atau tarikmenarik (F 12 menuju q 2 ); sama sekali tidak menunjukkan bahwa gaya nya ke kiri, ke kanan, ke atas, atau ke bawah b. Gaya pada q 1 , dilakukan oleh q 2 , q 3 , q 4 , …, q n . • Muatan q 1 mengalami n gaya coulomb, yaitu: qq qq qq qq F12 = K 1 2 2 ; F13 = K 1 2 3 ; F13 = K 1 2 4 ; . . . ; F1n = K 1 2 n r1n r12 r13 r14 • Gaya bekerja pada q 1 merupakan penjumlahan secara vektor dari ketiga gaya tersebut. • Penjumlahan dilakukan dengan metode analitis. 1) Gambar masing-masing gaya dengan arah yang benar, dg perbandingan besarnya secara proporsional. 2) Hitung besarnya masing-masing gaya (tanpa memperhatikan tandanya)

36


3) Setiap gaya diurakan atas dua komponen, yaitu komponen pada sumbu X dan komponen pada sumbu Y. Bila sudut antara F i dan sumbu X positif adalah θ i , F ix = F i cos; F iy = F i sinθ i . 4) Tentukan ΣF x dan ΣF y (dengan memperhatikan tanda: F x ke kanan positif, ke kiri negatif; F y : ke atas positif, ke bawah negatif. 5) Besarnya F 1 =

(∑ F ) + (∑ F ) 2

2

x

y

6) Bila arah gaya dinyatakan dengan θ yaitu sudut antara gaya dengan ∑ Fy ; dengan catatan: sumbu X, θ = arcus tan ∑ Fx Contoh penyelesaian soal Tentukan besar dan arah gaya coulomb yang dialami muatan - 100µC yang terletak di (3,0) cm oleh muatan + 200µC yang terletak di (0,4)cm dan 150µC di (0,-4)cm. Data : q 1 = - 100µC di (3,4)cm; q 2 = +200µC di (0,4)cm; dan q 3 = 150µC di (0,-4)cm. Masalah: Menentukan besar dan arah F 1 . Analisis: r12 = r13 = (3cm) 2 + (4cm) 2 = 5cm = 5 x10 −2 m. −4 −4 q1 q 2 9 2 − 2 − 10 Cx 2 x10 C (F 12 F12 = K 2 = 8,98 x10 Nm C x = −7,18 x10 4 N −2 2 r12 (5 x10 m) menuju q 2 ) qq (−10 −4 C )(−1,5 x10 −4 C ) F13 = K 1 2 2 = 8,98 x10 9 Nm 2 C − 2 x = +5,39 x10 4 N (F 13 r13 (5 x10 − 2 m) 2 menjauhi q 3 )

q2

sinθ2 = sinθ3 = F12

(F12)y

(F13)y

θ2

4 5

cos θ2 = cosθ3 =

F13

θ3

3 ( F12 ) x = − F12 cos θ 2 = −(7,18 x10 4 Nx ) = −4,31x10 4 N 5 4 ( F12 ) y = + F12 sin θ 2 = +(7,18 x10 4 Nx ) = 5,74 x10 4 N 5 3 ( F13 ) x = + F13 cos θ 3 = +5,39 x10 4 Nx = +3,23 x10 4 N 5

37

3 5


4 = +4,31x10 4 N 5 ΣF x = - 4,31 x 104N + 3,23 x 104N = - 1,08 N ΣF y = 5,74 x 104N + 4,31 x 104N = 10,05 N ( F13 ) y = + F13 sin θ 3 = +5,39 x10 4 Nx

(−1,08 N ) 2 + (10,05 N ) 2 = 102,1689 N 2 = 10,11N 10,05 Arah: θ = arctan = 83,87 0 1,08 Karena ΣF x negatif, dan ΣF y positif, F 1 di daerah (kuadran) II, di atas sumbu X negatif. Jawab : Besarnya F 1 = 10,11 N, arahnya membentuk sudut 83,87o di atas sumbu X negatif, atau membentuk sudut: (180o-83,87o)= 96,13o dengan sumbu X. E. Kuat Medan Listrik qQ Q . P Fq = K 2 r r qQ Q K 2 F • Bila q = 1 C: ( F1C ) P = K 2 = r = q (gaya per satuan muatan) r q q • Gaya per satuan muatan di suatu titik disebut kuat medan listrik (E) di titik tersebut. Fq • E= atau F q = qE q • Secara umum: Titik P yang berjarak r dari muatan pembangkit Q, memiliki Q kuat medan listrik: E P = K 2 r • Satuan: NC-1. • Medan listrik adalah besaran vektor. • Arahnya = sama arah gaya coulomb bila di titik tersebut terdapat muatan positif. • Bila muatan pembangkitnya positif, arah kuat medan menjauhi muatan pembangkit, bila muatannya negatif arah kuat medan listrik menuji muatan pembangkit. + Q1 E1 - Q2 . E2 .

F1 =

Perhitungan kuat medan listrik sebuah titik a. Oleh sebuah muatan: Q EP = K 2 r b. Oleh beberapa muatan. Bila titik P brjarak r 1 dari muatn Q 1 , r 2 dari muatan Q 2 , …, r n dari muatan Q n ; maka di titk E terdapat n kuat medan, yaitu Q Q Q E P1 = K 21 , E P2 = K 22 , …, E Pn = K 2n . r1 r2 rn

38


 EP • • • •

   = EP1 + EP 2 + ... + EPn Hitung besarnya massing-masing E. Gambar Semua E di titik yang ditinjau Uraikan setiap E atas dua komponen, pada sumbu X dan Sumbu Y. Hitung ΣE X dan ΣE Y .

•

Besarnya E =

•

Arah E : θ = arctan

(∑ E x ) 2 + (∑ E y ) 2 .

∑E ∑E

y x

F. Garis Medan Listrik Garis gaya listrik (garis medan listrik) adalah garis (lurus atau lengkung) berarah yang memiliki sifat di setiap titik pada garis tersebut arah vektor medannya berimpit dengan garis singgungnya

(a). Muatan Positif

b. Muatan Negatif

(c) Dua muatan tak sejenis

(d Dua muatan sejenis

G. Fluks Medan Listrik  Makin jauh dari muatan garis gaya makin renggang.  Makin jauh r makin besar, E makin kecil.  makin rapat garis medan medan makin besar E, sebaliknya makin renggang garis medan makin kecil kuat medan.  Rapat garis gaya dapaat dipakai untuk menyatakan kuat medan.  Didefinisikan: Kuat medan suatu titi adalah jumlah garis gaya yang menembus secara tegak lurus satu satuan luas yang memuat titik tersebut.  Bila jumlah garis gaya yang menembus tegak lurus satu satuan luas adalah N, maka E = N.

39


 Secara umum jumlah garis medan listrik yang menembus secara tegak lurus luasan (bukan satu satuan), disebut fluks medan listrik ( Φ ). Φ = NA = EA  Bila medan tidak tegak lurus luasan, dicari komponen E yang tegak lurus luasan (E n ) n E

En =EA = Ecosθ θ

A

Φ = E A A = (E cosθ)A = EAcosθ  Bila medan tidak homogen dan luasannya sembarang, luasan dibagi-bagi     menjadi bagian-bagian yang sangat kecil dA1 , dA2 ,• • •, dAi ,• • •, dAn sedemikian sehingga kuat medan di setiap bagian tersebut yaitu     E1 , E 2 ,• • •, E i ,• • •, E n dapat dianggap konstan.  Pada setiap bagian luasan dA i berlaku: dΦ i = Ei dAi cos θ i . Φ = E1dA1 cosθ1 + E2 dA2 cosθ 2 + ... + En dAn cosθ n (= ∫ EdA cosθ ) H. Hukum Gauss  Bila dalam luasan tetutub terdapat muatan q q Φ = ( ∫ EdA cosθ ) = luasan

εo

 Bila dalam luasan tertutup terdapat n muatan, yaitu q 1, q 2 , …, q n besarnya fluks adalah: 1 1 Φ = ( ∫ EdA cosθ ) = (q1 + q2 + ... + qn ) = ∑ q luasan

I.

εo

εo

Energi Potensial, Potensial, dan Selisih potensial 1. Energi Potensial Listrik  Bila dihitung, usaha untuk membawa muatan uji +q dari titik B yang berjarak r B ke titik A yang berjarak r A dari muatan pembangit +Q; Qq Qq r B >r A : WBA = K −K rA rB  Berdasarkan teorema usaha energi: Usaha = perubahan energi = energi akhir – energi awal. Qq  K , merupakan energi potensial (listrik) akhir, yaitu energi yang rA dimiliki ketika muatan q di A, Qq merupakan energi potensial (listrik) awal, yaitu energi yang  K rB dimiliki ketika muatan q di B Qq Qq  EPA = K ; dan EPB = K rA rB

40


 Secara umum: muatan q di titik P yang berjarak r dari muatan Q Qq memiliki energi potensial listrik sebesar: EP = K ; satuannya: joule r (J). 2. Potensial Suatu Titik qQ K r = K Q , disebut  Bila q = satu satuan muatan = 1 C, EP = q r -1 potensial titik P (V P ) ; satuannya: JC , yang juga disebut volt.  Potensial merupakan besaran skalar. 3. Perhitungan Potensial Sebuah Titik Q  Titik P yang berjarak r dari Q, memiliki potensial: EP = K r  Titik P yang berjarak r 1 dari Q 1 ; r 2 dari Q 2 , . . . , r n dari Q n ; memilki potensial: V P = V P1 +V P2 + . . . + V n Q Q Q = K 1 + K 2 + . . . + K n (merupakan penjumlahan skalar). r1 r2 rn 4. Selisih Potensial antara Dua Titik dalam medan Listrik.  Antara titik A yang berjarak r A dan titik B yang berjarak r B dari muatan pembangkit Q memiliki selisih potensial: V A - V B = V AB = K

Q Q −K r r B A

 Titi yang potensialnya lebih tinggi disebut titik (kutub) positip, yang lebih rendah disebut titik (kutub) negative. 5. Hubungan antara potensial dan energi potensial: E V = P ⇒E P = qV. q 6. Hubungan antara setisih potensial dengan usaha: qQ qQ K −K (W ) Q Q rB rA = V AB = K −K = q B → A ⇒ (W q ) B→A = qV AB q q r r

A

B

7. Hubungan antara kuat medan dan selisih potensial dalam medaan listrik homogen B

E

Bila jarak AB = d ⇒V AB = Edcosθ; Bila AB sejajar garis medan, V AB = Ed

41


J.

Kapasitor • Prinsipnya: kapasitor adalah alat piranti yang terdiri dari dua pelat konduktor dipisahkan dengan isolator pada jarak yang sangat kecil, yang dapat menyimpan muatan. 1. Karakteristik Kapasitor • Bila kapasitor bermuatan, maka muatan pelat yang satu sama dan berlainan jenis dengan pelat yang lain; bila pelat I bermuatan +q, yang lain pasti –q; kapasitor disebut bermuatan q. • Kapasitor yang bermuatan menimbulkan beda potensiaal antara pelatpelatnya; sebaliknya kapasitor yang memiliki beda potensial pasti menyimpan muatan. • Kapasitor yang mula-mula kosong, bila dihubungkan dengan sumber searah, kapasitor akan termuati sampai beda potensialnya sama dengan beda potensial sumber. 2. Kapasitas Kapasitor. q • Bila kapasitor bermuatan q, menimbulkan beda potensial ∆V, ∆V disebut kapasitas kapasitor (C). q C= ; satuan: C/volt, disebut Farad. ∆V • Untuk kapastor tertentu, perbandingan tersebut (kapasitas kapasitor) tetap. • Kapasitor yang kapasitasnya C, bila dimuati dengan sumber searah yang beda potensialnya ∆V, akan termuati (terisi) muatan. Bila pengisian berhenti, q = C(∆V). • Kapasitas kapasitor merupakan ukuran kemampuan kapasitor menyimpan muatan pada beda potensial tertentu. • Untuk kapasitor pelat sejajar yang jaraknya d, luas masing-masing pelat A, dipisahkan oleh medium yang memiliki permitivitas ε: C = ε

A d

3. Energi dalaam kapasitor bermuatan • Kapasitor yang kapasitasnya C, bila menyimpan muatan sebesar q sehingga menimbulkan beda potensial ∆V, menyimpan energi sebesar E = ½ C(∆V)2. 4. Rangkaian Kapasitor • Dua kapasitor atau lebih dapat digabung secara seri maupun secara paralel.

42

PLPG Rayon 138: Pendalaman Materi C1 C1

C2

A

B C2 A

B

a. Sifat-sifat gabungan seri: 1) q 1 = q 2 = q P 2) V AB = V C1 + V C2 q q q 1 1 1 3) P = 1 + 2 ⇒ = + C P C1 C 2 C P C1 C 2 b. Sifat-sifat gabungan paralel 1) q P = q 1 + q 2 . 2) V AB = V C1 = V C2 . 3) C P V AB = C 1 V C1 + C 2 V C2 ⇒ C P = C 1 + C 2 . 5. Contoh Penyelesaian Soal Dua kapasitormasing-masing 200µF digabung secara parallel. Gabungan tersebut kemudian digabung secara parallel dengan kapasitor 100µF; kemudian diisi dengan sumber V B . Setelah pengisian berhenti, ternyata V C2 = 10 volt. Berapa (a) E C3 dan (b) V B ? Data: P

C1

Q

C3

R

C1 = C2 = 200µF; C3 = 100µF, dan VC2 = 10 volt

Gambar 1.16

V

Masalah: Menentukan (a) E C3 dan (b) V B Analisis: a. Menghitung E C3 : Karena C 1 dan C 2 terrangkai parallel, maka V C1 = V C2 = V PQ ; C 1 dan C 2 dapat diganti dengan satu kapasitor C P1 . C P1 = C 1 + C 2 = 200µF + 200µF = 400µF. Rangkaian dpat diganti:

43


q Cp1 = C p1 V PQ = 4 x 10-4F x10 volt = 4 x 10-3 coulomb. C p1 dan C 3 terangkai seri, maka q Cp1 = q C3 . = 4 x 10-3 coulomb. q 4 x10 −3 C V C3 = C 3 = = 40volt C3 10 − 4 F 1 1 E C3 = C 3VC23 = x10 − 4 Fx(40V ) 2 = 8 x10 − 2 J 2 2 b. Menghitung V B V B = V PR = V PQ + V QR = (10 + 40) volt = 50 volt V B dapat dihitung dengan cara lain sebagai berikut C P1 yang terangkai seri dengan C 3 dapat diganti dengan sebuah kapasitor C P . 1 1 1 1 1 1 4 5 400 µF = + = + = + = ⇒ CP = = 80 µF C P C p1 C 3 400 µF 100 µF 400 µF 400 µF 400 µF 5

qCp = qC 3 = qCp1 = 4 x10 −3 C V B = V Cp =

qCp Cp

=

4 x10 −3 C 400 volt = 50volt . = 8 8 x10 −5 F

2. RANGKAIAN LISTRIK A. Arus Listrik • Arus listrik dalam pengantar (konduktor) dalah aliran muatan listrik. 1. Karakteristik Arus Listrik E F

I

• Dalam penghantar yang mengalir adalaah muatan listrik negative (electron). • Arah arus ditetapkan sebagai berikut: Bila yang bergerak muatan positif, arah arus sama dengan arah aliran muatan; bila yang mengalir muatan negatif, arah arus berlawanan dengan arah airan muatan. • Dalam rangkaian arus listrik selalu dari kutub positif ke kutub negative di luar batere 2. Kuat Arus Listrik (I) q • Didefinisikan: I = t

44


coulmb coulomb , juga debut amper (A); amper = ; det ik det ik B. Arus Searah dan Arus Bolak-balik.  Sumber tegangan dapat dibedakan atas sumber tegangan searah sumber tegangan bolak-balik. Simbol:

• Satuan:

-

dan

∞

+ (a)

(b)

 Sumber tegangan searah menghasilkan arus searah (DC, direct current), sumber tegangan bolak-bolak menghasilkan arus bolak-balik (AC, alternating current)

P

Q

P

Q

C. Analisis Rangkaian Arus Searah 1. Hambatan (Resistansi) dan Hukum Ohm. • Bila penghantara dihubungan dengan sumber tegangan, timbul arus listrik. • Sebaliknya pengahantara yang mengahantarkan arus listrik membangkitkaan beda potensial antara ujung-ujung penghantar. • Kemampuan materi mengahantarkan (mengalirkan) arus listrik tidak sama. • Yang kemampuannyaa besar, daya hantarnya besar atau hambatannya kecil; sebaliknya yang kemampuannya kecil, daya hantarnya kecil atau hambatannya besar. • Besarnya hambatan (resistansi, R) didefinisikan : ∆V volt ; Satuan: , juga disebut ohm (Ω). R= I amper Hubungan antara R, ∆V, dan I. Hukum Ohm.  Bila nilai hambatan beban tertentu konsatan (tidak bergantung nilai ∆V ∆V), persaman R = , disebut hokum Ohm I 2. Energi dan Daya Listrik.  Bila ada arus listrik dalam suatu penghantar (beban) berarti ada perpindahan muatan dari dua titik yang beda potensialnya tidak sama. .  Bila selama t, muatan q berpindah, dari satu titik ke titik lain yang beda potensialnya ∆V, W = q. ∆V  Q = It ⇒ W = (∆V) 45


(∆V) = IR ⇒ W = I2Rt  Usaha yang diubah menjadi energi yang berubah menjadi energi panas (energi kalor).  Satuaan energi = satuan usaha = coulomb-volt = volt-amper-detik = amper2-ohm-detik = joule.  Biasanya digunakan satuan kalori. Padanan antara kalori dan joule adalah: 1 J = 0,24 kalori, maka W = 0,24 I2Rt kalori.  Energi perssatuan waktu (per detik) disebut daya (power, P) W P= = VI = I 2 t t joule = volt amper, amper2 detik; yang juga disebut  Satuan daya = det ik watt (W). Yang paling sering digunakan adalah volt-amper, atau watt. 3. Rangkaian Seri dan Paralel a. Rangkaian Seri A

R1

B

R2

C

R3

D

R1

R1

A

B A R2

C C

R3

B R2 R3

D

D

Beberapa beban yang hanya membentuk satu jalan arus, disebut rangkanan ser. b. Sifat-sifat Rangkaian seri: (1) Seluruh arus yang mengalir dalam R 1 , mengalir dalam R 2 , dan mengalir dalam R 3 . Dengan kata lain hanya ada satu arus. Karena hanya ada satu arus, kuat arus di mana-mana sama. (2) Bila salah saatu bagian (beban) terputus, dalam seluruh bagian tidak ada arus. (3) Bila diukur beda potensial V AB , V BC , V CD , dan V AD ; dalam keadan ideal: V AD = V AB + V BC + V C (4) Bila kuat arusnya I, maka: V AD = V AB +V BC +V CD = IR 1 + IR 2 + IR 3 = I(R 1 + R 2 + R 3 ) (4) Bila ketiga hambatan diganti dengan sebuah hambatan R P yang menghasilkan efek sama R1 A

R2 B

R3 C

D

RP A

46

D


V AD = IR P IR P = I(R 1 + R 2 + R 3 ) ⇒ R P = R 1 + R 2 + R 3 (4) Generalisasi:n buah beban yang resistansinya R 1 , R 2 , R 3 , •••, R n yang terangkai seri; boleh diganti dengan sebuah beban pengganti dengan resistansi R P yang nilainya: R P = R 1 +R 2 +R 3 , + •••, + R n b. Rangkaian Paralel Beberapa beban (hambatan) yang terangkai sedemikian sehinga hanya terdapat satu bedaa potensial, disebut terangkai secara parallel. Sifat-sifat rangkaian parallel: (1) Beda potensial antara ujung-ujung beban yang satu sama dengan beda potensial antara ujung-ujung beban yang lain. (2) Bila kuat arus yang menuju titik cabang diberi tanda negatif dan yang meninggalkan titik cabang diberi tanda positip, maka di titik cabang: ∑ I = 0 (Hukum I Kirchhoff) R1

I1 R1

A

R2 R3

R2

I2 B

A

R3 B

I3 I (b) A

R1

B

R3

(a) R2 (c)

Gambar 2.8.

(3) Putusnya arus (rangkaian) di salah satu cabang, tidak mengakibatkan arus di cabang lain terputus. (4) Bila kuat arus di salah satu simpul adalah I, I 1 , I 2 , dan I3 (gambar 2.8a), berdasarkan hukum I Kirchhoff, maka: I = I 1 + I 2 + I 3 V AB V AB V AB 1 1 1 = V AB ( + + + + ) …………………….…(a) R1 R2 R3 R1 R 2 R 3

47


(5) Bila ketiga beban diganti dengan sebuah beban pengganti R P (gambar 2.9b) ssehingga menghsilkan efek yang sama: yang sama, R1

I1

A R2

I2

A

B R3

IP

I3 I

I=

RP

(b)

V AB RP

V AB 1 1 1 1 1 1 1 = V AB ( + = + + + )⇒ RP R1 R2 R3 RP R1 R 2 R 3 (6) Generalisasi: n beban yang memiliki resistansi R 1 , R 2 , R 3 , • • • , R 6 yang terangkai paralel; boleh diganti dengan sebuah beban dengan resistansi R P yang dengan syarat: 1 1 1 1 +•••+ + = Rn R P R1 R 2 3.3. Rangkaian Kombinasi • Tidak ada satu persaman yang berlaku untuk semua kemungkinan rangkaian kombinasi. • Yang berlaku adalah, pada bagian yang berupa rangkaian seri berlaku R P = R 1 +R 2 +R 3 , + •••, + R n ; sedangkan pada bagian yang 1 1 1 1 berupa rangkaian paralel berlaku: . +•••+ = + R P R1 R 2 Rn • Pada bagian yang merupakan rangkaian seri dan/atau paralel, bebanbeban diganti dengan sebuah beban pengganti. • Proses tersebut dilakukan terus sampai hanya ada satu rangkaian seri atau paralel tunggal. Contoh:  Pada rangkaian gambar 2.11(a) R 6 dan R 7 terangkai secara paralel, sehingga boleh diganti dengan sebuah hambatan R p1 yang 1 1 1 resistansinya: . = + R p1 R6 R7  Rangkaian menjadi seperti gambar 2.11(b). Pada rangkaian 2.10 (b), R 2 , R p1 , dan R 4 terangkai secara seri, sehingga boleh diganti dengan sebuah penghambat R p2 yang resistansinya R p2 = R 2 + R p1 +R 4.

48

B


 Rangkaian menjadi seperti gambar 2.10(c). Pada rangkaian 2.10(c) tersebut R 5 dan R p2 terangkai secara paralel, sehingga boleh diganti 1 1 1 = + . dengan sebuah pengambat R p3 yang resistansinya R p 3 R5 Rp 2  Rangkaian menjadi seperti gambar 2.11 (d). Pada rangkaian 2.11(d) R 1 , R P3 , dan R 3 terangkai secara seri, sehingga boleh diganti dengan sebuah hambatan R p dengan resistansi R p = R 1 + R p3 + R 3 . R1

R2

R1

R2 R5

R5 R3

R6

R1 RP1

R5

R7

R4

R3

(a)

R4

R3

(b)

(c)

R1 RP3 R3

4.

Rangkaian Kompleks  Rangkaian kompleks adalah rangkaian yang bukan rangkaian seri, bukan rangkaian parallel, dan bukan rangkaian kombinasi (gb b) R1

R1

A

B

A ε2

ε1

ε3 B

ε1

R2

C ε2

R3

R2

 Pada setiap rangkaian tertutup (mesh) berlaku: ∑ ε + ∑ IR = 0 (Hukum II Kirchhoff).  Rangkaian kompleks dianalisis dengan hokum II Kirchhoff. Prosedurenya: • Tentukan secara sembarang arus mesh (arus loop sederhana), searah atau atau berlawanan dengan putaran jarum jam. • Lakukan penjumlahan mengikuti arah arus mesh. • Bila dijumpai pertama kutub postif sumber, ε bertanda positif, bila dijumpai pertama kutub negatif, ε bertanda negatif;

49

RP2


• Bila arah penjumlahan sama dengan arus mesh, arus bertanda positif, bila berlawanan dengan arus mesh, arus bertanda negatif. R1 ε1

ε3

R2 ε2

I

ε1

I1

R3

I2

R4

ε2

R2

R 2. (b)

(a)

Pada rangkaian gambar (a): + ε 1 + IR1 + (−ε 2 ) + I ( R2 ) = 0 Pada rangkaian gambar (b) Pada mesh I: + ε 1 + I 1 R1 + ( I 1 − I 2 ) R3 − ε 2 + I 1 R2 = 0 ……… (1) Pada mesh II: + ε 2 + ( I 2 − I 1 ) R3 + ε 3 + I 2 R4 = 0 ………………(2)  Bila diketehui nilai hambatan dan tegangan batere, dapat dihitung kuat arus di setiap bagian dengan menghitung I 1 dan I 2 .  Bila dalam perhitungan diperoleh nilai I positif, arah I sebenarnya sama dengan arah yang ditentukan, sedangkan bila nilai I negatif, arah sebenarnya I berlawanan dengan arah I yang telah ditentukan. Contoh Penyelesaian Soal. Tentukan (a) I pada setiap R dan (b) nilai dan polaritas tegangan pada R 2 pada rangkaian berikut, bila R 1 = 40 ohm, R 2 = 20 ohm, R 3 = 60 ohm, ε 1 = 20 volt, dan ε 2 = 80 volt ε2

R1

ε2

R2

R3

Data : R 1 = 40 ohm, R 2 = 20 ohm, R 3 = 60 ohm, ε 1 = 20 volt, dan ε 2 = 80 volt Masalah: Menentukan (a) I R1 , IR2 , IR3 , dan (b) nilai dan polaritas tegangan pada R 2 . Analisis: ε2

R1

ε1

I1

R2

I2

R3

50


Pada mesh I: + ε 1 + I 1 R1 + ( I 1 − I 2 ) R2 = 0 20 volt + 40I1 ohm + 20(I 1 – I2 )ohm = 0 60 I1 ohm – 20 I 2 ohm = -20 volt 3I1 ohm – I 2 ohm = - 1 volt …………………(1) Pada mesh II: ε 2 + I 2 R3 + ( I 2 − I 1 ) R2 = 0 80 volt + 60I2 ohm + 20(I 2 – I1 )ohm = 0 - 20I 1 ohm + 80 I2 ohm = - 80Volt - I 1 ohm + 4 I2 ohm = - 4 volt …………..…. (2) Penyelesaian persamaan untuk mencari I 1 dan I 2 : Pers. (1) : 3I 1 ohm – I2 ohm = - 1 volt Pers. (2)x3:-3I1 ohm +12I 2 ohm = -12 volt + 11I2 ohm = -13 volt − 13volt 13 13 I2 = = − amper . (I 2 = A , berlawanan dengan putaran 11ohm 11 11 jarum jam) 52 Pers. (2): -I 1 ohm - volt = -4 volt ⇒ - I 1 ohm = -4volt + 11 52 8 volt = volt 11 11 8 volt 8 8 I 1 = 11 A, berlawanan dengan putaran = − amper . (I1 = 11 − 1ohm 11 jarum jam) 8 Arus pada R 1 = A , kekiri 11 13 13 8 8 5 Arus pada R 2 = A (ke bawah) = A (ke atas) + A+ A= A 11 11 11 11 11 ke bawah. Pada R 2 , I1 =

8 13 13 8 amper ke atas; I 2 = amper ke bawah, I = ( - ) = 11 11 11 11

5 A. ke bawah 11

Beda potensial pada R 2 = 20 ohm( 5 A. )= 9,1 volt, ujung atas positif, 11

ujung bawah negatif.

51


3. INTERAKSI LISTRIK-MAGNET DAN ARUS BOLAK-BALIK A. Arus Listrik Menimbulkan Medan Magnet.

Kompas

Gambar 3.1

Arah garis gaya (garis medan) ditentukan dg aturan genggaman tangan kanan. I

Garis medan

Garis medan

I

(a)

(b)

Garis medan (c) Gambar 3.2

I  Bila arsnya lurus garis gayanya lingkaran, bila arusnya melingkar, garis gaya di pusat lingkaran lurus. B. Beasaran-besaran Medan Magnet 1. Induksi Magnetik (B) a. Hukum Biot Savaart dl

θ r dB P

Gambar 3.3

Induksi magnetik di P akibat arus I pada kawat sepanjang dl: (a) sebanding dengan I, (b) sebanding dengan dl, (c) sebanding dengan sin ∠(r,dl) (d) berbanding terbalik dengan r 2 .

52


µo , 4π µ o disebut permeabilitas medium. K m = 1,00 x 10-7kg.m.C-2 atau N. A-2; µ o = 1,2566 x 10-6, satuan juga kg.m.C-2 atau N. A-2. (f) Satuan B:

(e) sebanding dengan K m , yang nilainya bergantung medium. K m =

satuan µ o .

A.m N satuan I.satuan dl = N . A −2 . 2 = = NA −1 m −1 , disebut 2 A.m m (satuan r)

tesla (T) Secara matematis: idl sin ∠(r , dl ) µ 0 i dl sin ∠(dl , r ) = ………….………… (3.1) dB = K r2 4π r2 (dB adalah besaran vektor, yang arahnya selalu tegak lurus bidang (dl,r). Untuk menghitung B akibat I pada seluruh kawat: • Kawat dibagi menjadi bagian-bagian yang sangat kecil dl 1 , dl 2 , dl 3 , • • •, dl n . • Dihitung dB untuk masing-masing kawat (dB i ), yaitu: µ i d l sin ∠(dli , ri ) dBi = 0 i 4π ri 2       • B = dB1 + dB2 + dB3 + • • • + dBn = ∫ dB C. Hukum Amper 1. Dengan hukum Biot Savaart dapat dihitung B di P yang berjarak r dari µ i kawat lurus tak hinggaa berarus I: B = o . 2πr 2. Buat lintasan berupa lingkaran dengan pusaat kawat dan jari-jari r I

Garis medan Garis medan

I

(a)

Gambar 3.5

3. B disetiap titik pada lintasan tersebut: B =

B (b)

dl

µoi , dan menyinggung 2πr

lingkaran. 4. Bagilah lintasan tertutup tersebut menjadi dl1 , dl2 , dl3 • ••, dln . 5. Hitung di setiap dl, Bdlcos∠(B,dl). ∠(B,dl) = 0o. Bdlcos0o = Bdl. 6. Jumlahkan Bdlcos∠(B,dl) pada seluruh bagian lingkaran. 53


ΣBdlcos∠(B,dl) = B1dl1 + B2 dl2 + B3dl3 + • • • + Bn dln = B(dl 1 + dl 2 + dl 3 + ••• +dl n ). 7. Bila dihitung hasilnya: µ o I 8. Bila dalam lingkaran ada n kawat dengan arus I1 , I 2 . …. I n; B 1 dl 1 + B 2 dl 2 + . . . +B n dl n =

∫ Bdl cos θ

= µ o ∑I

garis

D. Fluks Medan Magnet (Φ) • Bila garis Medan menembus tegak lurus luasan, B juga didefinisikan sebagai kerapatan garis gaya (jumlah garis gaya persatuan luas) • Untuk luasan sembarang A, jumlah gaaris gaya yang menembus secara tegak lurus disebut fluks medan magnet (Φ). Maka: Φ = BA. Satuan: teslam2, disebut weber. • Bila B tidak tegak lurus luasan, dan sudut antara B dengan normal adalah B θ,

Φ = BAcosθ.

ϕ

BN

Gambar 3.7

E. Gaya Lorentz  Muatan q yang bergerak dalam medan magnet B dengan kecepatan v membentuk sudut θ dengan B, mengalamai gaya yang besarnya F = Bqvsinθ. Gayanya disebut gaya Lorentz.  Bila v tegak lurus B, F = Bqvsin90o = Bqv  Kawat sepanjang L berarus I yang berada dalam medan magnet B, ∠(I,B) = θ, mengalami gaya yang besarnya: F = BILsinθ. Gayaanya juga disebut gaya Lorentz.  Bila kawat tegak lurus B, F = BILsin90o = BIL  Arahnya ditentukan dengan aturan genggaman tangan kanan.  Putar arah I ke arah B melalui sudut kecil.  Genggam tangan kanan, dan posisikan sedemikian sehingga putaran jari sama dengan putaran v.  Arah gaya lorentz sama dengan arah yang ditunjuk ibu jari. FL

B

F. Gaya Interaksi antara Dua kawat Sejajar Berarus I 1 dan I 2 1. Prinsip: • I 1 menghasilkan medan magnet B 1 . 54


• I 2 berada dalam B 1 ; mengalami gaya Lorentz F 12 . • I 2 menghasilkan B 2 . • I 1 berada dalam dalam B 2 ; mengalam gaya Lorentz F 21 . 2. Bila arus searah, gaya interaksinya tarik-menarik. kawat 1

kawat 2 i2

i1

B1

F 12 F 21

B2

Gambar 3.12 r

3. Bila arusnya berlawanan arah, gaya interaksinya tolak menolak kawat 1

kawat 2 B2

i2

i1

B1

F 12 F 21 Gambar 3.13 r

G. Tegangan dan Arus Induksi

Gambar 3.14

G •

Perubahan medan magnet dalam kumparan membangkitkan tegangan/arus, yang disebut tegangan/arus induksi. dΦ dΦ • Nilainya: V ind = - N ; adalah kecepatan perubahan fluks medan dt dt magnet. H. Generator Arus Bolak-balik • Kumparan yang memiliki lilian N, luas penampang A, bila berputar dalaam medan magnet B homogen, dengan kecepatan sudut homogen ω: 55


B N P Q Gambar 3.16

 Ketika ∠(B,N) = α, Φ = BAcosα. α = sudut tempuh kumparan yang berputar = ωt. Φ = BAcos ωt dΦ V ind = - N = -NBA(-sinωt) ω = NBAω sinωt dt Pada saat kumparan sejajar B, α = ωt = 90o ⇒ V = NBAω Merupakan nilai maksimum. V ind = V m sinωt.  α = ωt, yang menunjukkan posisi kumparan, disebut sudut phase.  Grafiknya: 0 10 1.5 20 30 1 40 50 0.5 60 70 80 0 90 0 100 0 -0.5110 120 130 -1 140 150 -1.5160

0 0 0.174533 0.173648 Vind 0.349066 0.34202 0.523599 0.5 0.698132 0.642788 0.872665 0.766044 1.047198 0.866025 1.22173 0.939693 1.396263 0.984808 1.570796 1 90 180 270 1.745329 0.984808 1.919862 0.939693 T/4 2T/4 3T/4 2.094395 0.866025 2.268928 0.766044 2.443461 0.642788 2.617994 0.5 2.792527 0.34202

360

450

540

630

720

4T/4

5T/4

6T/4

7T/4

8T/4

Gambar 3.18

α (o) =ωt

 Makna fisis Grafik: • Bila grafik di atas sumbu bersesuaian dengan keadaaan di mana P merupakan kutub positif dan Q merupakan kutub negatif, arah arus dari P  Q, maka grafik di bawah sumbu bersesuaian dengan keadaan di mana P merupakaan kutub negatif dan Q merupakan kutub positif, arah arus Q  P. • Kumparan yang berputar dalam medan magnet menghasilkan arus bulak-balik.

56

(

)


I. Diagram Phasor • Nilai sesat dari v t = V m sinωt atau it = I m sin ωt dapat dibaca dengan diagram sebagai berikut.

V m sinωt

V m Vm berputar dg kecep sudut ω, θ

merupakan sudut tempuh = ωt

θ

Gambar 3.18

• •

v t = V m sinωt, merupakan proyeksi dari V m pada sumbu tegak. Gambar tersebut, yang menyatakan posisi vektor V m pada sudut fase tertentu disebut diagram phasor.

J. Analisis rangkaian Arus Bolak-balik 1. Rangkaian dengan R tunggal Bila beban hanya terdiri dari resistor, bila v s = Vm sin ωt ⇒ i = I m sin ωt . Grafik v vs t dan I vas t seperti gambar 3.19, Pada grafik tampak bahwa i dan v mencapai maksimun pada saat yang bersaman. Dikatakan i dan v memilki fase yang sama. Diagram fasornya seperti gambar 3.20. 0

0

0

0

2 10 0.174533 0.347296 0.260472

20 1.5 30 40 1 50 60 0.5 70 80 0 90 100 -0.5 110 120 -1 130 -1.5 140 150 -2 160 170

0.349066 0.523599 0.698132 0.872665 1.047198 1.22173 1.396263 1.570796 1.745329 1.919862 2.094395 2.268928 2.443461 2.617994 2.792527 2.96706

0.68404 1 1.285575 1.532089 1.732051 1.879385 1.969616 2 1.969616 1.879385 1.732051 1.532089 1.285575 1 0.68404 0.347296

0.51303 0.75 0.964181 1.149067 1.299038 1.409539 1.477212 1.5 1.477212 1.409539 1.299038 1.149067 0.964181 0.75 0.51303 0.260472 Gambar 3.19

vs = Vm sinωt i = Imsinωt

t

Vm

Im

57

Gambar 3.20


2. Rangkaian dengan Kumparan Tunggal. v L = vin = − L V m sinωt ∞

di . dt

v s + v L = 0 ⇒ v s = −v L = L Vm sin ωt = L

di dt

di dt

Gambar 3.21

i=∫

Vm sin ωt V V dt = m ∫ (sin ωt )dωt = − m (cos ωt ) ωL ωL L

Vm = I m ⇒ i = I m cos ωt .................................................................... (3.15) ωL V V IL = L = L ωL " R" Dalam hal ini " R" = ωL, disebut impedansi induktif dan diberi symbol X L . Grafik menunjukkan bahwa v L mencapai maksimum lebih dulu dari i L . Selisih sudut fase antara tercapainya V m dan I m adalah 90o. Jadi v L mendahului i L dengan selisih sudut fase 900. Diagram fasornya seperti gambar 3.23.

1,5 1 0,5 0 -0,5 -1 -1,5

0 5 vl,il 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85

Diagram fasor

-90 0 -1,570796 -85 0,087266 -1,48353 -80 0,174533 -1,396263 vl =VL0,261799 sinωt -75 -1,308997 -70 0,349066 -1,22173 il=-ILcosω t -65 0,436332 -1,134464 -60 0,523599 -1,047198 0 -55 0,610865 -0,959931 -50 0,698132 -0,872665 -45 0,785398 -0,785398 -40 0,872665 -0,698132 -35 0,959931 -0,610865 -30 1,047198 -0,523599 -25 1,134464 -0,436332 -20 1,22173 -0,349066 -15 1,308997 -0,261799 -10 1,396263 -0,174533 -5 1,48353 -0,087266

0 0,087156 0,173648 0,258819 0,34202 0,422618 0,5 0,573576 0,642788 0,707107 0,766044 0,819152 0,866025 0,906308 0,939693 0,965926 0,984808 0,996195

-0,75 -0,747146 -0,738606 -0,724444 -0,704769 -0,679731 -0,649519 -0,614364 -0,574533 -0,53033 -0,482091 -0,430182 -0,375 -0,316964 -0,256515 -0,194114 -0,130236 -0,065367

t

Gambar 3.22

VL

58

IL

Gambar 3.23


3. Rangkaian dengan Kapasitor Tunggal Pada kapasitor terdapat beda potenssial vC =

q . C

VC selalu sama dengan vS ⇒ vC = Vmsinωt.

q = Vm sin ωt ⇒ q = CVm sin ωt C vS = Vmsinωt

C

d dq d = (CVm sin ωt ) = CVm sin ωt = ωCVm cos ωt dt dt dt Gambar 3.24 ωCVm = I m ⇒ i = I m cos ωt ................................................................(3.16)

I C = ωCVC = “R”=

VC 1 ωC

=

i=

VC . " R"

1 disebut impedansi kapasitif, yang diberi symbol X C . Satuannya ωC

ohm. Grafik i – t dan v– t 0 51.5 10 15 20 1 25 30 350.5 40 45 50 0 55 60 65 -0.5 70 75 80 -1 85 90 95 -1.5 100 105

90

0 1.570796

0

1

i v95 0.087266 1.658063 0.087156 0.996195 100 105 110 115 120 125 130 135 140 0145 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195

0.174533 1.745329 0.173648 0.261799 1.832596 0.258819 0.349066 1.919862 0.34202 v =VC sinωt 0.436332 2.007129c 0.422618 0.523599 2.094395 0.5 0.610865 2.181662 0.573576 0.698132 2.268928 0.642788 0.785398 2.356194 0.707107 0.872665 2.443461 0.766044 T/4 2.530727 0.819152 2T/4 0.959931 1.047198 1.134464 1.22173 1.308997 1.396263 1.48353 1.570796 1.658063 1.745329 1.832596

0.984808 0.965926 0.939693 0.906308 0.866025 0.819152 0.766044 0.707107 0.642788 0.5735763T/4

2.617994 0.866025 0.5 2.70526 0.906308 0.422618 2.792527 0.939693 0.34202 2.879793 0.965926 0.258819 2.96706 0.984808 0.173648 3.054326 0.996195 0.087156 3.141593 1 1.23E-16 3.228859 0.996195 -0.08716 3.316126 0.984808 -0.17365 Gambar. 3.403392 0.965926 -0.25882 Gambar 3.25 6.12

59

ic =IC cosωt

t 4T/4


Pada grafik tampak bahwa i C mencapai maksimum lebih dulu dari v C . Selisih sudut fase antara sat tercapainya maksimum I C dan V C adalah 900 . Jadi i C mendahului v C dengan selisih fase 900. Diagram fasornya:

IC

Gambar 3.26

VC

4. Rangkaian Seri C

R

L Z

A

B

C

D

(a)

(b)

Gambar 3.27

Dianalisis hanya untuk nilai-nilai maksimumnya. Dalam rangkaian seri, I = I R = I L = I C . Diagran fasor dari I m , V R , V C , dan V L adalah:  • Gambar dulu vektor I . Untuk mudahnya dipilih arah ke kanan.   • Pada R, I R dan VR sefase, maka ke duanya berimpit.    • Pada L, VL mendahului I L dengan selisih fase 900, maka VL tegak  lurus I L ke atas.    • Pada C, VC ketinggalan dari I C , selisih fase 900, maka VC tegak lurus  I C ke bawah. VL

   VR + (VL + VC )

 VL + VC Gambar 3.28 θ

60


Diagram fasor tersebut menunjukkan bahwa V R , V C , dan V L harus diperlakukan sebagai vektor, karena arahnya tidak sama. Hukum II Kirchhoff harus diterapkan secara vektor.      VS = V AD = V AB + VBC + VCD .       VR = IR, VL = IX L , VC = IX C Yang diperlakukan sebagai vektor harus R, X L , dan X C ; bukan I. Karena kalau yang diperlakukan sebagai vektor adalah I, maka arah V L dan V C harus sama dengan arah I. Ini tidak mungkin (lihat diagram fasornya).     Arah vektor R = arah vektor VR ; arah vektor X L = arah vektor VL ; dan  arah vektor X C = arah vektor VC   Bila R, C, dan L diganti dengan sebuah impedaansi Z, maka V AB = IZ ; arah Z = arah V AB         IZ = IR + IX L + IX C ⇒ Z = R + X C + X L     Oleh karena itu Z , R, dan ( X L + X C ) harus membentuk segitiga siku-siku vector.

 Z

Gambar 3.29

  (X L + X C ) 2

1   Z = R + ( X L − X C ) = R +  ωL −  ….......………………(3.17) ωC   X − XC Seisih fase: θ = arctan L . Bila X L > X C vector V di atas I, berarti v R mendahlui i dengan selesih fase θ; bila X L < X C vector V di bawah I, berarti v ketinggalan dari i dengan selesih fase θ. Bila arus X L = X C , maka Z = R dan V berimpit dengan I, sehingga v sefase dengan i . I = V/R. Nilai impedansi paling kecl dan kuat arus paling besar. Bila hal itu terjadi, rangkaian dikatakan dalam keadan resonansi seri atau resonansi arus. 1 1 1 1 X L = X C , ⇒ ωL = ⇒ 2πfL = ⇒f= 2π LC ωc 2πfC Frekuensi yang menyebabkan rangkaian dalam keadan resonansi disebut frekuensi resonansi. 2

2

2

61


5. Rangkaian Paralel

R

iR

C A

Z

(a)

iC

(b)

B

Gambar 3.30

Menggunakan diagram fasor rangkaian tunggal:  Karena hanya ada satu tegangan persekutuan, v R = v C = v L .  Gambar dulu vektor V m , untuk mudahnya dipilih arah mendatar ke kanan.    i R dan v R sefase maka vektor IR berimpit dengan vektor VR   i L ketinggalan dari v L dengan selisih fase 900, maka vektor IL tegak  lurus vektor VL , arahnya ke bawah.   i C mendahului v C dengan selisih fase 900, maka vektor IC tegak lurus  vektor VC , arahnya ke atas. Diagram fasornya: IC

(a)

  (I L + I C )

(b)

   I R + (I L + I C )

Gambar 3.31

   IR , IL , dan IC merupakan vektor, maka hukum I Kirchhoff harus diterapkan secara vektor.        Is = I R + I L + I C = I R + ( I L + I C )       VR   VR  1   1   = VR x   , IC =     IR =  R   X  = VC x  X  , R C C            V   1   I L =  R  = VL x  X L  XL   

62


Bila rangkaian diganti dengan sebuah impedansi Z,     VR  1  = VR x   IS =   Z     Z 

  1  1  , Pada ruas kanan yang harus merupakan vektor harus ,   ,   X R    C   1  1       X  , dan  Z  , bukan V R , V L , V C , maupun V S . Karena bila yang    L dipilih sebagai vektor adalah V, maka arah V C = arah I C dan arah V L = arah I L . Ini bertentangan dengan diagram fasornya.     1  1   = arah vektor IC Arah vektor   = arah vektor IR , Arah vektor   R  XC       1  1  = arah vektor IL , Arah vektor   = arah vektor Is Arah vektor      XL   Z     Is = IR + ( IL + IC ), maka:      1   1  1 1  + VL x   VS x   = VR x   + [ VC x  X ]  X Z R  C  L     V S = V R = V C = V L , maka:     1 1  1   1   =   + [     Z R   X + X ]      C  L     1 1  1   1  +  ] membentuk segitiga siku-siku. Vektor   ,   , dan [      Z R   XC   XL 

  1 1 ( − ) XC XL

 1 Z

Nilainya:

2

Gambar 3.32

θ1  1 1 1  1  1  =   +  (ωC − =   +  −  ……..…… (3.18) ωL  Z  R   XC XL  R  1 1 1 1 X L − XC Selisih fase θ = arctan . Bila , I di atas V, berarti i > 1 XC XL R 1 1 mendhului v dengan selisih fase θ; bila , I di bawah V , berarti < XC XL 1 1 i ketinggalan dari v dengan selisih fase θ. Bila Keadan khusus: , = XC XL rangkaian dikatakan dalam keadan resonansi paralel. Pada keadan 2

2

63

2


1 minimum, sehingga Z maksimum. Untuk I yang sama, Z menghasilkan tegangan paling besar. Oleh karena itu resonansi paralel juga disebut resonansi tegangan. Frekuensi resonansinya: 1 1 f= …………………………………………………….. (3.19) 2π LC 6. Tegangan dan Arus Efektif Perhatikan rangkaian berikut: RL RL

resonansi

∞ (a)

Gambar 3.33

(b)

R L pada kedua rangkaian sama besarnya. Bila ternyata daya yang terdisipasi pada R L dalam kedua rangkaian sama besar, maka dikatakan: V b pada rangkaian (b) merupakan nilai efektif (V ef ) rangkaian (a), dan I dalam rangkaian (b) merupakan nlai efektif (I ef ) rangkaian (a). Nilai V ef dan I ef dinyatakan dalam V m dan I m dapat dijabarkan sebagai berikut: V v = V m sinωt dan i = m sin ωt = I m sin ωt R Pada rangkaian gambar (b) selama t detik, energi yang terdispasi pada R L : Vef2 2 W= I eff Veff t = I ef RL t = t. RL Bila energi tersebut dihitung secara langsung dari i dan v nya (gambar 3.52b), Vm2 2 2 2 Selama dt, dW = ivt = (V m Im sin ωt)dt. = I m RL sin ωtdt = sin 2 ωtdt RL Dalam waktu ang sama rangkaian (a) menghasilkan energi yang besarnya sama dengan yang dihasilkan rangkaian (b). Dalam selang waktu t : Energi yang dihasilkan rangkaian (a): t

t

Wa = ∫ I RL sin ωtdt = I RL ∫ sin 2 ωtdt 2 m

2

0

Atau Wa = ∫

2 m

0

2 m

V V2 sin 2 ωtdt = m ∫ sin 2 ϖtdt RL RL

Energi yang dihasilkan rangkaian (b) selama t: Wb = I ef2 RL t atau Vm2 Wb = t RRl Wb = Wa

64

PLPG Rayon 138: Pendalaman Materi t

(a). I ef2 RL t = I m2 RL ∫ sin 2 ωtdt 0

t

I I

2 ef

2 m

=

0

t

t

∫ sin

∫ sin

2

2

t

ωtdt =I

∫ sin

2 0 m

2

ωtdt

t

ωtdt adalah rata-rata sin2ωt. Nilainya adalah ½ .

0

t

1 2 Im 2 ............................................................... (3.20) 1 2 I ef = I m = 0,707 I m 2 I m = I ef 2 = 1,414 I ef ................................................................ (3.21) I ef2 =

t

V

2 ef

2 m

V (b) t= sin 2 ϖtdt ⇒ Vef2 = Vm2 RL ∫ RL

∫ sin

2

ωtdt

0

t

Dengan perhitungan seperti di atas, diperoleh: 1 Vef2 = Vm2 2 ................................................................ (3.22) 1 2 Vef = Vm = 0,707Vm 2 Vm = Vef 2 = 1,414Vef ......................................................... (3.23) 7. Daya dalam Rangkaian Arus Bolak-balik Z I = Imsin( ωt+θ) ∞

Gambar 3.34

Bila i mendahului v dengan selisih fase θ, berapa daya yang terdisipasi pada impedansi Z? Analisis: Persamaan: v = V m sinωt V i = m sin(ωt + θ ) = I m sin(ωt + θ ) Z Selama selang waktu dt, dW = ivdt = Im V m sin(ωt)sin((ωt+θ)dt t

W = Im V m ∫ sin(ωt ) sin(ωt + θ )dt 0

65

PLPG Rayon 138: Pendalaman Materi t

I mVm ∫ sin(ωt ) sin(ωt + θ )dt

W 0 = t t 2sin(ωt+θ)sinωt = cos{(ωt+θ)-ωt} – cos{(ωt+θ) + ωt} = cosθ cos(2ωt+θ).

P=

t

∫ 2 sin(ωt ) sin(ωt + θ )dt

P = Im V m

0

2t t

2 sin(ωt ) sin(ωt + θ )dt I mVm ∫0 = t 2 I mVm = {rata-rata dari sin(ωt)sin(ωt+θ)} 2 rata-rata dari sin(ωt)sin(ωt+θ) = rata-rata {cosθ - cos(2ωt+θ)} = cosθ - rata-rata cos(2ωt+θ) = cosθ I V P = m m cos θ ................................................................................. (3.12a) 2 Bila dinyatakan dengan I ef dan V f : I m Vm P = . cos θ = I ef V ef cosθ. ........................................................ 2 2 (3.12b) Bila i dan v sefase, P = I ef V ef ; sedangkan bila selisih fase 90o, P = 0. Berarti besarnya daya yang terdisipasi pada Z, bergantung nilai cosθ. Oleh karena itu cosθ disebut faktor daya (power factor), yaitu. Soal-soal latihan 1. Tunjukkan (buktikan) dengan perhitungan bahwa B dititik P yang berjarak µ i r dari kawat lurus sangat panjang yang berarus I besarnya o . Hasil ini 2πr selanjutnya akan dipakai untuk membahas hukum Amper. 2. Hitung B di pusat lingkaran berjari-jari r yang teraliri arus I. 3. Sebuah kawat penghantar cukup panjang yang jari-jarinya 0,14 cm teraliri arus sebesar 10 amper. Hitung besarnya B di suatu titik di permukan kawat! 4. Empat buah kawat tembaga yang panjang sejajar satu sama lain menembus secara tegak lurus bidang gambar di titik A, B, C, dan D yang membentuk bujur sangkar denagan sisi 20 cm. Masing-masing kawat dialiri arus 20 amper. Pada kawat yang menembus bidang gambar di A dan B arusnya masuk, yang menembus di C dan D, arusnya keluar. Tentukan besar dan arah B di titik potong diagonal bujur sangkar tersebut!

66


5. Tentukan besar dan gambarkan arah gaya lorentz yang bekerja pada muatan pada gambar-gambar berikut. • • • • • • • v • • • • • • • • • • • • • • B • • • • • • • Gambar 3.35 • • • •v • • • q B (b) q = - 1500µC, v = 50 m/s

(a) q = 400µC, v = 100 m/s, ϕ

B = 200 T, v tegak lurus

B = 1500 T

6. S

U v Gambar 3. 36

(a)

G 7. Sebuah hambatan 20 ohm, kapasotor 1000 µF, dan kumparan 0,5 henry terangkai seri dan dihubungkan dengan sumber tegangan biolak-balik v = 240 sin 314t. a. Gambarkan diagram fasor I, V c , V L , V R , dan V s . b. Hitng Z dan I, V c , V L , V R c. Apakah dalam keadaan resonansi?. Bila belum berapa seharusnya frekuensi sumber terjadi resonansi? 8. Sebuah hambatan 40 ohm, kumparan 0,05 henry dan kapasitor 200µF terangkai secara paralel, dan dihubungkan dengan sumber bolak-balik V m = 200 V, dan f = 50 Hz. a. Gambarkan diagram fasor V s , I c , I L , I R , dan I tot . b. Berapa Z, I c , I L , I R , dan I tot c. Apakah dalam keadaan resonansi?. Bila belum berapa seharusnya frekuensi sumber agar terjadi resonansi? 9. Sebuah resistor 20 ohm, kapasitor 100µF, dan kumparan 0,5 henry diraangkaai parallel dan dihubungkan sumber tegangan bolak-balik 240sin100t. a) Berapa tegangan daan arus efektifnya? b) Berapa daya yag terdisipasi dalam rangkaian?

67


V.

FISIKA MODERN

A. Kompetensi yang diharapkan 1. Mampu memahami dan mendeskripsikan molekul dan struktur atom hidrogen 2. Mampu mengidentifikasi karakteristik inti atom dan radioaktivitas B. Indikator a. Mendeskripsikan bahwa atom dengan energi ionisasi rendah cenderung berikatan dengan atom-atom yang mempunyai afinitas elektron. b. Membuat ulasan tentang jarak ikatan yaitu jarak keseimbangan antara atom-atom yang berikatan dalam molekul c. Mendeskripsikan karakteristik radioaktivitas d. Memformulasikan secara kuantitatif peluruhan radioaktif e. Menerapkan konsep waktu paro (half time) C. Uraian Materi : 1. Molekul Molekul merupakan gabungan dua atom atau lebih yang terikat secara kuat dan membentuk konfigurasi elektron pada kulit dan sub kulit secara menetap, karena pada umumnya atom-atom mempunyai kecenderungan bergabung dengan atom lain. Atom-atom dalam molekul ditentukan oleh susunan elektron pada masing-masing atau penyusunnya. Penyebab utama ikatan pada molekul adalah gaya elektrostatis. Keadan gaya elektrostatis antara atom-atom penyusun dapat dilihat dari grafik hubungan gaya elektrostatistik (F) terhadap jarak (r ) berikut ini. Dari grafik terlihat : F(r) a. jika jarak antara atom ( r ) Gaya tolak lebih kecil dari jarak ikatan ( r 0 ) atau r < r 0’ maka gaya elektrostatis berharga Jarak positif. Artinya gaya tolak ikatan yang terjadi antara atomr r0 atom sangat besar; b. bila jarak antara atom ( r ) lebih besar dari jarak ikatan ( r 0 ) atau r > r 0’ maka gaya Gaya tarik elektrostatis berharga negatif. Artinya atom-atom saling tarik menarik. Gambar 1: Grafik antara resultan gaya elektrostastik c. Jika r = r 0’ maka gaya tarik menarik dan gaya tolak menolak seimbang

68


Ep

r0

r Energi ikatan

E0

Gambar 2: Grafik antara energi potensial (Ep) dengan jarak (r)

a.

Berdasarkan Energi Potensial Total Atom-Atom Pembentuk Molekul Keadaan energi potensial terhadap jarak antara atom-atom ditunjukkan oleh grafik di samping. a. Pada saat r < r 0’ energi potensial positif. Artinya kedua atom tolakmenolak. b. Pada saat r > r 0’ energi Pada potensial negatif. Artinya kedua atom tarik. c. saat r = r 0’ energi potensial antara atom-atom penyusun molekul memiliki harga ekstrim. Artinya untuk memecahkan molekul menjadi atom-atom penyusunnya dibutuhkan energi potensial di r = r 0’ .

Ikatan Ionik Ikatan ionik adalah ikatan karena gaya interaksi antara dua muatan listrik yang jenisnya berbeda. Ikatan ini terjadi karena serah terima elektron valensi sehingga disebut juga ikatan elektrovalen yaitu ikatan yang terjadi antara atom-atom yang memiliki energi ionisasi rendah dengan atom-atom yang memiliki afinitas elektron besar. Misalnya atom 11 Na memiliki energi ionisasi rendah. Susunan elektronnya menjadi stabil : 1s2;2s2, 2p6;3s1. Pada sub kulit 3s hanya memiliki satu elektron, maka atom Na cenderung melepaskan elektron dan menjadi ion Na+. Susunan elektronnya menjadi stabil: kekurangan 1 elektron, maka atom C1 dan menjadi ion 1s2;2s2, 2p6 = konfigurasi Ne. Atom 17 C1 memiliki afinitas elektron besar. Susunan elektronnya menjadi stabil: 1s2;2s2, 2p2;3s2;3p5. Pada sub kulit 3p kekurangan 1 elektron maka atom C1 cenderung menerima elektron dan menjadi ion C1- sehingga susunan elektron menjadi stabil, yaitu: 1s2;2s2, 2p6;3p6 = konfigurasi Ar. Jika ion Na+ dan ion Cl- berdekatan, maka akan bekerja gaya elektrostatis. Akibatnya kedua ion tersebut akan saling tarik-menarik dan membentuk molekul NaCl

Na •

Na+

Cl

69

Cl-


Selain NaCl molekul yang menggunakan ikatan ionik, diantaranya LiF dan CaO. b. Ikatan kovalen Ikatan kovalen adalah ikatan antara dua atom yang terbentuk karena adanya pemakaian bersama elektron oleh atom-atom pembentuk suatu molekul. Elektron yang digunakan bersama disebut elektron sekutu. Contoh ikatan kovalen dalam molekul adalah H 2 O

2.

Pada keadaan tidak tereksitasi kedua electron dalam atom H menempati kulit 1s dan atom O menempati kulit 1s2 dan 2s6. Tampak bahwa hidrogen membutuhkan satu elektron lagi untuk menjadi atom yang stabil, sedangkan oksigen untuk menjadi atom yang stabil membutuhkan dua elektron. Sehingga apabila dua atom hidrogen dan sebuah atom oksigen didekatkan, maka ketiga atom tersebut akan memakai elektron secara bersamaan. Atom Hidrogen a.

1

Atom Hidrogen ( H 1 ) Sebuah atom hidrogen memiliki sebuah proton dan sebuah elektron yang muatannya berlainan. Jika elektron bergerak mengelilingi inti pada lintasan yang memiliki jari-jari r, maka pada elektron akan bekerja gaya gaya Coulumb (F C ) yang berfungsi sebagai gaya sentripetal (F SP ). Agar supaya elektron tetap berada pada lintasannya maka kedua gaya tersebut harus sama besar. e2 FC = k 2 r ke 2 (i) ----------------2 v = mv 2 mr FSP = r Nm 2 Dimana : k = kontanta Coulumb = 9 x 109 C2 v = kecepatan linear elektron e = besar muatan elektron = 1,6 x 10-19C r = jari-jari elektron jadi dapat disimpulkan semakin besar jari-jari lintasan dari elektron, tentu kecepatannya semakin berkurang. Elektron selama geraknya memiliki energi, dimana hal ini elektron memiliki energi potensial listrik (E P ) dan energi kinetik (E K )

70


*

Energi potensial :

E P = -e V ke 2 EP = − r

(ii) e r ( V = potensial listrik pada lintasan elektron) Energi kinetik : E K = ½ mv2

V = k

*

EK =

(iii) v2 = *

Energi total elektron: (iv)

k e2 mr E = E p + EK = − 12

1

ke 2 2 r

k e2 r

Dapat disimpulkan bahwa semakin jauh elektron terhadap intinya tentu semakin besar energi yang dimilikinya. Catatan : Energi elektron berharga negatip, hal ini mneunjukkan bahwa elektron masih terikat pada inti dan diperlukan energi untuk melepaskannya dari inti. b. Postulat Bohr Neils bohr dalam menyusun teori atomnya didasarkan pada dua postulat yaitu : Postulat 1: elektron-elektron yang mengelilingi inti mempunyai lintasan-lintasan (orbit-orbit) tertentu. Tiap-tiap lintasan elektron memiliki tingkat energi (energy level) sendirisendiri. Dalam hal ini lintasan yang lebih dekat dengan inti mempunyai tingkat energi yang lebih rendah dan tingkat energi yang paling rendah adalah untuk n =1. dan dalam gerakannya elektron memiliki momentum sudut yang merupakan kelipatan bilangan bulat dari h/2π. I ω = mvr = n

(v)

h 2π

Postulat 2 : bila elektron berpindah dari satu tingkat energi ke tingkat energi yang lebh rendah maka akan memancarkan energi berupa foton sebesar hf dan sebaliknya. Dari persamaan (i) dan persamaan (v) diperoleh :

(vi)

r=

n2 h2 4π me k 2

2

= 5,28 x 10 −11 n 2 meter

(n = bilangan kuantum utama = 1,2,3 ….)

71


Bila elektron berpindah dari n 2 ke n 1 (n 2 > n 1 ) maka, E 1 – E 2 = hf = c h , sehingga elektron tersebut memancarkan energi dengan panjang λ gelombang λ yang ditunjukkan oleh persamaan :

 1 1 = R 2 − 2 λ  n1 n2 1

(vii)

c.

  

(R = konstanta Rydberg = 1,097 x 107 / m) Spektrum Atom Hidrogen Pancaran energi yang terjadi akibat dari perpindahan lintasan elektron dapat dirinci sebagai berikut : - Perpindahan lintasan dari n = 2,3,4,… ke lintasan n = 1 dinyatakan dengan deret Lyman = deret ultra ungu. 1   = R 1 − 2  λ  n  1

- Dari n = 3,4,5,…, ke lintasan n = 2 dinyatakan dengan deret Balmer = deret spektrum tampak. 1   = R 1 2 − 2  λ n   1

- Dari n = 4,5,6,… ke lintasan n = 3 dinyatakan dengan deret Paschen = deret infra merah pertama. 1 1  = R − 2  λ 9 n  1

- Dari n = 5,6,7,… ke lintasan n = 4, dinyatakan dengan deret Brackett = deret infra merah kedua. 1 1  = R − 2  λ  16 n  1

- Dari n = 6,7,8,… ke lintasan n = 5, dinyatakan dengan deret Pfund = deret infra merah ketiga. 1   1 = R − 2  λ  25 n  1

Jika hidrogen mendapat energi yang cukup besar amak elektronnya dapat diakrifkan sampai ke lintasan n = ∞, hal ini terjadi ionisasi dan energi yang diperlukan disebut energi ionisasi. Selain itu energi di sini sering dinyatakan dengan elektron volt (eV) dimana : 1 eV = 1,6 x 10 −19 joule

72


d. Kelemahan Atom Bohr Model atom Bohr memiliki kelemahan antara lain : - Lintasan elektron berbentuk lingkaran, padahal lintasan elektron ternyata rumit sekali, bukan merupakan lingkaran atau elips saja. - Bohr hanya dapat menerangkan model atom hidrogen sedangkan untuk atom ber elektron banyak sukar sekali perhitungan dan keterangannya. - Tidak dapat menerangkan garis-garis halus pada spektrum yang semula diketahui hanya terdiri dari satu garis. - Kejadian dalam ikatan kimia tidak dapat diterangkan dengan baik. - Tidak dapat menerangkan pengaruh medan magnet terhadap spektrum atom. Catatan tambahan - Menurut Bohr, lintasan elektron dinyatakan dengan n = 1,2,3,… dan disebut bilangan kuantum utama kulit elektron. Hubungan antara n dengan jumlah elektron pada setiap kulit tertutup (kulit telah penuh diberikan oleh) : Jumlah elektron = 2 n2 - Azas Pauli: tidak mungkin ada dua elektron yang memiliki lintasan-lintasan dengan bilangan kuantum yang sama. - Efek Zeeman: terbelahnya spektrum garis menjadi garis-garis yang lebih halus lagi karena pengaruh medan magnet. - Persamaan Schrodinger : elektron mengelilingi inti sambil bergetar dengan kemungkinan tiga dimensi mnenurut persamaam : d 2ψ d 2ψ d 2ψ 8π 2 m + 2 + 2 + 2 (W − V )ψ = 0 dz h dy dx 2 ψ = fungsi gelombang m = massa partikel h = konstanta Planck W = energo total V = energi potensial - Laser: adalah singkatan dari Light Ampilification bay Stimulated Emission of Radiation. Yaitu : merupakan gelombang cahaya tampak monokhromatik yang sangat koheren dan memiliki intensitas yang tinggi. - Maser: adalah singkatan dari Mikrowave Amplification by Stimulated Emission of Radiation yaitu : merupakan pancaran gelombang mikro yang sangat koheren (seperti yang digunakan pada RADAR). e. Atom Berelektron Banyak Model atom Bohr berhasil menjelaskan kestabilan atom dan spektrum garis atom hidrogen (deret Lyman, Balmer, Paschen, Braket dan Pfund), namun demikian model atom Bohr tidak dapat menjelaskan : 1) Efek Zeeman, yaitu gejala tambahan garis-garis spektrum jika atom-atom tereksitasi diletakkan dalam medan magnetik 73


2) Spektrum dari atom-atom berelektron banyak Untuk mengatasi permasalahan tersebut, maka model atom Bohr digantikan dengan model atom baru, yang disebut model kuantum. Menurut model ini gerakan elektron dideskripsikan melalui empat macam bilangan kuantum, yaitu : 1. Bilangan kuantum utama (n) Bilangan kuantum utama menunjukkan besar energi total elektron untuk atom hidrogen, energi total energi total elektron dinyatakan oleh : 13,6 E n = − 2 eV …………………………………………….. (1) n Untuk ion He+ dan Li2+ dinyatakan oleh : 13,6 z 2 En = − eV ………………………………………….. (2) n2 Dengan z = nomor atom (z = 2 untuk He+ dan z = 3 untuk Li2+) Untuk atom-atom berelektron banyak : − 13,6 z ef eV ……………………………………….. (3) En = − n2 Dengan z ef = nomor atom efektif

2.

3.

Nilai-nilai bilangan kuantum utama adalah : n = 1, 2, 3 ................................................................................ (4) Bilangan kuantum utama membatasi jumlah elektron yang dapat menempati suatu orbit yaitu sebayak 2n2. Bilangan kuantum orbital (l) Bilangan kuantum orbital adalah bilangan kuantum yang menentukan besar momentum sudut elektron (L). Nilai l dibatasi oleh nilai n, yaitu bilangan bulat mulai dari 0 sampai (n-1). l = 0,1, 2, 3, ... (n − 1) …………………………………………. (5) Misalnya untuk n = 3, nilai yang diperbolehkan adalah l = 0, 1, dan 2. Hubungan antara l dan besar momentum sudut L dinyatakan oleh: h Dengan  = , h = tetapan Planck 2π L = l (l + 1)  ………………………………………………… (6) Bilangan kuantum magnetik (m l ) Bilangan kuantum magnetik menunjukkan arah dari momentum sudut orbital L. Nilai m l adalah bilangan bulat mulai dari –l sampai dengan +l. ml = −l , ...,0...,+ l …………………………………………… (7) Misalnya untuk l = 2, maka m l = -2, -1, 0, +1, +2 Banyaknya nilai m l yang diperbolehkan 2l + 1. Menurut teori kuantum, proyeksi atau komponen L pada sumbu z adalah L z terkuantisasi menurut persamaan L z = ml  ………………………………………………… (8)

74


Sebagai contoh untuk l = 1, ada tiga nilai m l yang diijinkan, yaitu -1, 0, dan +1. Oleh karena itu ada tiga nilai L z yaitu −  , 0, dan +  seperti ditunjukkan pada gambar 1. z

+

2

L=

0 L=

−

2

2

L=

Gambar 1: Diagram vektor momentum sudut L, untuk l = 1

4.

Bilangan kuantum spin ( s ) Pada tahun 1929, Dirac dengan teorinya menunjukkan bahwa spin elektron dapat dijelaskan oleh suatu bilangan kuantum spin yang 1 nilainya hanya boleh . Seperti halnya besar momentum sudut 2 orbital l, besar momentum sudut spin S untuk elektron diberikan oleh : S = s (s + 1)  ………………………………………………… (9)

11  3   + 1  = 2 2  2 Kuantisasi ruang spin elektron diberikan oleh bilangan kuantum magnetik spin m s . Seperti juga vektor momentum sudut orbital boleh memiliki orientasi 2l + 1 dalam medan magnetik dari +l hingga –l, vektor momentum sudut spin dapat memiliki 2s + 1 = 2 orientasi yang 1 1 SZ diberi spesifikasi oleh m s = + dan m s = − (Gambar 2) 2 2 =

1 2

ms =



S=

1 2

1 2

1

− 

ms = −

2

3

Gambar 2: Dua orientasi yang mungkin dari vektor momentum sudut spin

1 2

Komponen S z momentum sudut spin sebuah elektron sepanjang arah medan magnetik dalam arah z ditentukan oleh bilangan kuantum magnetik spin, sehingga: 1

S z = m s  = ±  ………………………………………….. (10) 2

75


5.

Efek Zeeman Pieter Zeeman (1865 – 1943) menemukan garis-garis tambahan dalam spektrum emisi jika atom-atom tereksitasi diletakkan dalam medan magnet luar seperti ditunjukkan pada gambar 3. Gejala ini disebut efek Zeeman. Tidak ada medan magnet

Ada medan magnet

Gambar 3: Efek Zeeman

Efek Zeeman normal terdiri dari garis spektrum berfrekuensi f 0 terpecah menjadi tiga komponen berfrekuensi : B e f1 = f 0 − µ B = f 0 − B  4π m f 2 = f 0 ……………………….………………………………(11) B e f3 = f0 − µB = f0 + B  4π m Dengan µ B = Bohr magneton = 9,27 x 10-24 j / T g. Energ Ikat Inti Menurut Einstein : antara massa suatu unsur dengan energi terdapat kesetaraan sesuai dengan persamaan : E = m c2 , c = 3 x 108 m/s Sehingga 1 sma = 1,67 x10-27 kg h. Reaksi Inti Pada reaksi inti terjadi perubahan di dalam inti atom sedangkan pada reaksi kimia terjadi perubahan pada susunan elektron di luar inti. Transmutasi inti : Adalah berubahnya suatu inti atom karena penembakan atau menjadi inti baru. 4 Contoh : N 14 + H 11 0 17 7 + He 2 8

Contoh :

Reaksi fisi : berubahnya suatu inti aton karena penembakan dengan netron lambat (netron termal) sehingga terbentuk inti yang seketika terbelah disertai pembebasan beberapa neutron baru dan energi yang sangat besar. 235 236 U 92 + n 10 U 92 Xe 140 + 2 n 10 + λ + 200 MeV 54 Reaksi Fusi : adalah reaksi penggabungan inti-inti menjadi inti baru dengan pembebasan energi yang besar sekali. Contoh : H 12 + H 13 → He24 + n01 + energi Tabel 2: Perbedaan antara reaksi fisi dan reaksi fusi : Keterangan Reaksi fisi Reaksi fusi Massa defect Besar Jauh lebih besar Pembebasan energi Besar sekali Luar biasa besar Dapat terjadi Dalam reaksi inti Jika di dahului dengan 76


Pengendalian Polusi zat radioaktif Contoh j.

Dapat Banyak Di reaktor atom

reaksi fisi Tidak dapat Tidakdapat Di matahari

Radioaktivitas Radioaktivitas didefinisikan sebagai pemancaran sinar radioaktif (sinar α,β, dan γ) secara spontan oleh inti-inti yang tidak stabil menjadi inti-inti yang lebih stabil. - identik denga inti atom helium (2He4)

Sinar α : - daya tembusnya kecil tapi daya ionisasinya besar. Sinar β : - identik dengan elektron ( e )

- daya tembus cukup besar tapi daya ionisasinya agak kecil - tidak bermuatan (gelombang elektromagnetik). - daya tembus paling besar tapi daya ionisasinya kecil Sinar γ : (interaksi berupa foto listrik, Compton dan produksi pasangan).

Keterangan : Partikel Alfa tidak mampu menembus selembar kertas, partikel beta tidak mampu menembus pelat alumunium. Untuk menghentikan gamma diperlukan lapisan metal tebal, namun karena penyerapannya fungsi eksponensial akan ada sedikit bagian yang mungkin menembus pelat metal. Peluruhan radioaktif adalah kumpulan beragam proses dimana sebuah inti atom yang tidak stabil memancarkan partikel subatomik (partikel radiasi). Peluruhan terjadi pada sebuah nukleus induk dan menghasilkan sebuah nukleus anak. Ini adalah sebuah proses acak sehingga sulit untuk memprediksi peluruhan sebuah atom. Interaksi gaya-gaya ini pada inti atom terjadi dengan kompleksitas yang tinggi. Ada sifat yang dimiliki susunan partikel didalam inti atom, jika mereka sedikit saja bergeser dari posisinya, mereka dapat jatuh ke susunan energi yang lebih rendah. Pada kasus peluruhan inti atom, energi aktivasi sudah tersedia dari dalam. Partikel mekanika kuantum tidak pernah dalam keadaan diam, mereka terus bergerak secara acak. Gerakan teratur pada partikel ini dapat membuat inti seketika tidak stabil. Hasil perubahan akan mempengaruhi susunan inti atom; sehingga hal ini termasuk dalam reaksi nuklir, berlawanan dengan reaksi kimia yang hanya melibatkan perubahan susunan elektron diluar inti atom. Ketiga sinar radio aktif tersebut memiliki sifat-sifat sebagai berikut :

77


Tabel 3: Sifat dari radiasi α, β, γ Keterangan α β 4 β ( e0 ) Lambang α ( 2 He ) -1 -1 Muatan Pengaruh medan Magnet/Listrik

+2

-1

Dipengaruh

Dipengaruhi

γ γ Nol (gelombang EM) Tidak Dipengaruhi

Massa dalam sma ≈4 ≈0 0 Kecepatan ≈ 0,1 c ≈ 0,9 c c Daya tembus Kecil Sedang Besar Daya ionisasi Besar Sedang Kecil Disentegrasi inti : Adalah perubahan inti atom menjadi inti atom lain yang berlangsung dengan sendirinya atau nakibat tembakan partikel lain (umumnya berlangsung dengan sendirinya). Dan proses desintegrasi tidak di pengaruhi oleh keadaan sekitar misalnya : oleh panas,tekanan, ikatan kimia dan lain-lain, karena proses desintegrasi berlangsung didalam inti atom. Kekuatan radio aktivitas (A) : adalah merupakan besar yang menyatakan jumlah pancaran persatuan waktu dan disebut aktivitas yang dapat di nyatakan dengan satuan curie. Satu curie suatu zat radioaktif ialah kuat radioaktif suatu massa tertentu dari zat itu di dalam mana 3,70 x 1010 inti mengalami desintegrasi tiap detik. 1 curie = 3,7 x 1010 becquerel (Bq)

Sedangkan jumlah atom dari suatu unsur (N) yang telah mengalami desintegrasi selama waktu (t) dinyatakan dengan persamaan : 1 curie = 3,7 x 1010

Dimana : N o

λ

e

des s

= Jumlah atom mula-mula = konstanta desintegrasi = 2,718 … N = N e- λ t o

Atau jumlah atom yang telah berdesintegrasi = (N o – N). Apabila jumlah atom sisa sama dengan setengah kali jumlah n atom mula ( N = ½ N o ) maka waktu yang diperlukan untuk itu disebut dengan waktu paruh (T ½ ). peluruhan dari inti tidak stabil merupakan proses acak dan tidak mungkin untuk memperkirakan kapan sebuah atom tertentu akan meluruh, melainkan ia dapat meluruh sewaktu waktu. Karenanya, untuk sebuah sampel radioisotop tertentu, jumlah kejadian peluruhan –dN yang akan terjadi pada selang (interval) waktu dt adalah sebanding dengan jumlah atom yang ada sekarang. Jika N

78


adalah jumlah atom, maka kemungkinan (probabilitas) peluruhan (– dN/N) sebanding dengan dt:

Masing-masing inti radioaktif meluruh dengan laju yang berbeda, masing-masing mempunyai konstanta peluruhan sendiri (λ). Tanda negatif pada persamaan menunjukkan bahwa jumlah N berkurang seiring dengan peluruhan. Penyelesaian dari persamaan diferensial orde 1 ini adalah fungsi berikut: Fungsi di atas menggambarkan peluruhan exponensial, yang merupakan penyelesaian pendekatan atas dasar dua alasan. Pertama, fungsi exponensial merupakan fungsi berlanjut, tetapi kuantitas fisik N hanya dapat bernilai bilangan bulat positif. Alasan kedua, karena persamaan ini penggambaran dari sebuah proses acak, hanya benar secara statistik. Akan tetapi juga, dalam banyak kasus, nilai N sangat besar sehingga fungsi ini merupakan pendekatan yang baik. Selain konstanta peluruhan, peluruhan radioaktif sebuah material biasanya juga dicirikan oleh rerata waktu hidup. Masing-masing atom "hidup" untuk batas waktu tertentu sebelum ia meluruh, dan rerata waktu hidup adalah rerata aritmatika dari keseluruhan waktu hidup atom-atom material tersebut. Rerata waktu hidup disimbolkan dengan τ, dan mempunyai hubungan dengan konstanta peluruhan sebagai berikut:

Parameter yang lebih biasa digunakan adalah waktu paro. Waktu paro adalah waktu yang diperlukan sebuah inti radioatif untuk meluruh mejadi separuh bagian dari sebelumnya. Hubungan waktu paro dengan konstanta peluruhan adalah sebagai berikut:

Hubungan waktu paro dengan konstanta peluruhan menunjukkan bahwa material dengan tingkat radioaktif yang tinggi akan cepat habis, sedang materi dengan dengan tingkat radiasi rendah akan lama habisnya. Waktu paro inti radioaktif sangat bervariasi, dari mulai 1024 tahun untuk inti hampir stabil, sampai 10-6 detik untuk yang sangat tidak stabil. 0,69 N = ½ N o = N o e - λ T 12 T½= Atau N = No ( ½ )t/T½

λ

m = mo ( ½ ) t/T½

Analog juga dengan : Dimana : m dan m o masing-masing menyatakan sisa massa unsur dan massa unsur mula-mula. Analog dengan :

A = Ao ( ½ ) t/T½

79


Dimana : A dan A o masing-msing adalah aktifitas akhir dan aktifitas awal. Dan A = λN des ) s λ = konstanta desintegrasi (det -1) N = Jumlah partikel Sinar radioaktif yang melewati suatu materi akan mengalami pelemahan intensitas dengan rumus: I = Ioe- μ x Io = intensitas mula-mula (joule/s.m2) μ = koefisien serap materi (m-1 atau cm-1) x = tebal materi/bahan (m atau cm ) Bila I = ½ Io maka x = 0,693/μ, μ disebut HVL (lapisan harga paruh) yaitu tebal keping yang menghasilkan setengah intensitas mula Jenis detektor radioaktif: 1. Pencacah Geiger(GM) untuk menentukan/mencacah banyaknya radiasi sinar radioaktif 2. Kamar Kabut Wilson untuk mengamati jejak partikel radioaktif 3. Emulsi Film untuk mengamati jejak, jenis dan mengetahui intensitas partikel radioaktif

A

= Aktifitas (

80

Modul 2 MODEL-MODEL PEMBELAJARAN FISIKA & BIOLOGI

DAFTAR ISI Kompetensi yang Diharapkan .......................................................................... IndikatorEsensial .............................................................................................. Materi ............................................................................................................... Pandangan Pembelajaran ................................................................................. Pembelajaran Fisika ......................................................................................... Hakekat PAIKEM ........................................................................................... Model Pembelajaran......................................................................................... Contoh Model Pembelajaran Fisika ................................................................. Contoh Model Pembelajaran Biologi ...............................................................

151 151 151 153 157 159 161 171 175

PLPG Rayon 138: Model-Model Pembelajaran

MODEL-MODEL PEMBELAJARAN

A. Kompetensi yang diharapkan Setelah mengikuti pembahasan Pembelajaran Inovatif, guru peserta PLPG mampu menguasai model-model pembelajaran inovatif fisika yang sesuai dengan karakteristik materi ajar dan memanfaatkan media pembelajaran. Sub Kompetensi 1. Mengidentifikasi kesulitan belajar peserta didik dalam mata pelajaran Fisika 2. Menguasai berbagai teori belajar dan prinsip prinsip pembelajaran yang mendidik terkait dengan mata pelajaran Fisika 3. Menerapkan berbagai pendekatan, strategi, metode, dan teknik pembelajaran yang mendidik secara kreatif dalam mata pelajaran Fisika 4. Menyediakan berbagai kegiatan pembelajaran untuk mendorong peserta didik mencapai prestasi akademik secara optimal 5. Memanfatkan media pembelajaran untuk meningkatkan pemahaman siswa B. Indikator Esensial 1. Menentukan kesulitan belajar peserta didik dalam mata pelajaran fisika 2. Membedakan teori belajar behavioristik, kognitif, konstruktivistik, sosial atau yang lain 3. Menerapkan teori belajar tertentu dalam pembelajaran teori maupun praktek menyangkut fakta, prinsip, konsep, dan prosedur/ketrampilan 4. Memilih pendekatan/ strategi pembelajaran yang sesuai dengan materi fisika 5. Memilih model pembelajaran yang tepat berdasarkan tujuan dan karaketristik materi ajar. 6. Mengkreasikan model pembelajaran inovatif disesuaikan dengan kondisi dan karakteristik peserta didik 7. Memanfaatkan media pembelajaran dalam menyampaikan materi ajar. C. Materi Pendahuluan Ilmu pengetahuan dan orientasi pendidikan di zaman sekarang mengalami perkembangan yang pesat. Hal ini menuntut guru untuk memperkaya diri dengan ilmu pengetahuan dan orientasi pendidikan yang baru serta metode-metode mengajar yang sesuai dengan perkembangan baru tersebut. Pembelajaran saat ini cenderung memberikan porsi guru aktif siswa pasif, guru memberi siswa menerima, dan guru menjelaskan siswa mendengarkan. Sedemikian lemahnya interaksi guru-siswa sehingga pembelajaran belum mampu menumbuhkan rasa keingintahuan, daya kritis, daya kreasi, daya inovasi, dan belum mampu mengaktualkan potensi siswa. Akibatnya, proses pemberdayaan potensi siswa tidak dapat dilakukan secara optimal. Pembelajaran saat ini juga lebih mementingkan jawaban baku yang dianggap benar oleh guru, tidak ada keterbukaan dan demokrasi, tidak ada toleransi pada kekeliruan akibat kreativitas berpikir karena yang benar adalah

151


apa yang dipersepsikan benar oleh guru. Itulah yang disebut sebagai memorisasi dan recall, yaitu tidak dihargainya kreativitas dan kemampuan inovasi peserta didik. Ilmu keguruan yang berkembang dan dipraktekkan di Indonesia, masih banyak yang memandang anak didik sebagai seorang individu yang belum dewasa, belum memiliki pengetahuan dan keterampilan. Jadi, dalam proses interaksi guru-murid, anak didik merupakan obyek. Sedangkan guru merupakan sumber ilmu dan keterampilan, dimana kehadirannya di muka kelas merupakan suatu kondisi mutlak yang harus ada agar proses belajar mengajar berlangsung. Karena guru memegang peran yang penting dalam proses interaksi tersebut, maka guru harus dihormati dan dipatuhi. Apa yang diajarkan guru sudah tercantum dalam kurikulum atau sudah dideskripsikan dalam buku yang sudah tersedia. Pengembangan pembahasan materi sesuai dengan perkembangan lingkungan dan pembahasan teori dalam kaitan dengan realitas yang ada tidak begitu mendapatkan tekanan. Sebab pembahasan materi pelajaran terletak pada materi itu sendiri. Sebagai hasil proses belajar mengajar yang penting tidak saja anak didik memiliki kemampuan, pengetahuan, keterampilan, tetapi yang tidak kalah pentingnya adalah bagaimana anak didik mendapatkan pengetahuan atau keterampilan tersebut. Dalam proses pembelajaran ilmu Fisika keaktifan siswa merupakan inti dari pola belajar, hal itu dapat tercermin dari aktifnya para siswa membaca sendiri, mengaitkan konsep-konsep baru dengan berdiskusi dan menggunakan istilah, konsep dan prinsip yang baru mereka pelajari diantara mereka. Pada dasarnya mata pelajaran Fisika merupakan salah satu mata pelajaran sains yang diharapkan sebagai sarana mengembangkan kemampuan berpikir analitis deduktif dengan menggunakan berbagai konsep dan prinsip Fisika untuk menjelaskan berbagai peristiwa alam. Telah diketahui bersama bahwa di kalangan siswa telah berkembang kesan yang kuat bahwa pelajaran Fisika merupakan pelajaran yang sulit untuk dipahami dan kurang menarik.Salah satu penyebabnya adalah kurangnya minat dan motivasi untuk mempelajari Fisika dengan senang hati, merasa terpaksa atau suatu kewajiban. Hal tersebut merupakan akibat kurangnya pemahaman tentang hakikat, kemanfaatan, keindahan dan lapangan kerja dari Fisika. Tidak sedikit siswa yang merasa kesulitan ketika akan mengikuti pelajaran Fisika. Hasil - hasil evaluasi belajar pun menunjukkan bahwa nilai rata - rata kelas di raport untuk pelajaran Fisika seringkali merupakan nilai yang terendah dibanding dengan pelajaran pelajaran lain. Tanpa disadari, para pendidik atau guru turut memberikan kontribusi terhadap factor yang menyebabkan kesan siswa tersebut di atas. Kesalahan - kesalahan yang cenderung dilakukan para guru, khususnya guru Fisika adalah sebagai berikut: 1. Seringkali Fisika disajikan hanya sebagai kumpulan rumus belaka yang harus dihafal mati oleh siswa, hingga akhirnya ketika evaluasi belajar, kumpulan tersebut campur aduk dan menjadi kusut di benak siswa. 2. Dalam menyampaikan materi kurang memperhatikan proporsi materi dan sistematika penyampaian, serta kurang menekankan pada konsep dasar, sehingga terasa sulit untuk siswa. 3. Kurangnya variasi dalam pengajaran serta jarangnya digunakan alat Bantu yang dapat memperjelas gambaran siswa tentang materi yang dipelajari.

152


4. Kecendrungan untuk mempersulit, bukannya mempermudah. Ini sering dilakukan agar siswa tidak memandang remeh pelajaran Fisika serta pengajar atau guru Fisika. Permasalahan tersebut seharusnya tidak muncul karena kewajiban guru dalam mengajar diatur dalam Undang-undang RI N0.20 Pasal 40, ayat (2) tahun 2003 tentang sistem Pendidikan Nasional yang berbunyi: Guru dan tenaga kependidikan berkewajiban: 1. Menciptakan suasana pendidikan yang bermakna, menyenangkan, kreatif, dinamis dan dialogis 2. Mempunyai komitmen secara profesional untuk meningkatkan mutu pendidikan; dan 3. memberi teladan dan menjaga nama baik lembaga, profesi dan kedudukan sesuai dengan kepercayaan yang diberikannya. Sementara itu dalam Peraturan Pemerintah No.19 tentang standar nasional Pendidikan, Pasal 19, ayat (1) dinyatakan bahwa Proses pembelajaran pada satuan pendidikan diselenggarakan secara interaktif, inspiratif, menyenangkan, menantang, memotivasi siswa untuk berpartisipasi aktif, memberikan ruang gerak yang cukup bagi prakarsa, kreativitas dan kemandirian sesuai dengan bakat, minta dan perkembangan fisik serta psikologi siswa. Untuk dapat melaksanakan amanat perundang-undangan tersebut, guru hendaknya mengubah paradigma mengenai mengajar siswa menjadi membelajarkan siswa, dan guru harus memahami hakikat PAIKEM dan menguasai berbagai model-model pembelajaran yang berorientasi pada PAIKEM ( Indrawati:2009:1) D. Pandangan Pembelajaran 1. Paradigma Behavioris: Behaviorisme merupakan salah aliran psikologi yang memandang individu hanya dari sisi fenomena jasmaniah, dan mengabaikan aspek – aspek mental. Dengan kata lain, behaviorisme tidak mengakui adanya kecerdasan, bakat, minat dan perasaan individu dalam suatu belajar. Peristiwa belajar semata-mata melatih refleks-refleks sedemikian rupa sehingga menjadi kebiasaan yang dikuasai individu. Beberapa hukum belajar yang dihasilkan dari pendekatan behaviorisme ini, diantaranya : a. Connectionism menurut Thorndike. Dari eksperimen yang dilakukan Thorndike terhadap kucing menghasilkan hukum-hukum belajar, diantaranya: 1) Law of Effect; artinya bahwa jika sebuah respons menghasilkan efek yang memuaskan, maka hubungan Stimulus - Respons akan semakin kuat. Sebaliknya, semakin tidak memuaskan efek yang dicapai respons, maka semakin lemah pula hubungan yang terjadi antara Stimulus- Respons. 2) Law of Readiness; artinya bahwa kesiapan mengacu pada asumsi bahwa kepuasan organisme itu berasal dari pemdayagunaan satuan pengantar (conduction unit), dimana unit-unit ini menimbulkan kecenderungan yang mendorong organisme untuk berbuat atau tidak berbuat sesuatu.

153


3) Law of Exercise; artinya bahwa hubungan antara Stimulus dengan Respons akan semakin bertambah erat, jika sering dilatih dan akan semakin berkurang apabila jarang atau tidak dilatih. b. Classical Conditioning menurut Ivan Pavlov Dari eksperimen yang dilakukan Pavlov terhadap seekor anjing menghasilkan hukum-hukum belajar, diantaranya : 1) Law of Respondent Conditioning yakni hukum pembiasaan yang dituntut. Jika dua macam stimulus dihadirkan secara simultan (yang salah satunya berfungsi sebagai reinforcer), maka refleks dan stimulus lainnya akan meningkat. 2) Law of Respondent Extinction yakni hukum pemusnahan yang dituntut. Jika refleks yang sudah diperkuat melalui Respondent conditioning itu didatangkan kembali tanpa menghadirkan reinforcer, maka kekuatannya akan menurun. c. Operant Conditioning menurut B.F. Skinner Dari eksperimen yang dilakukan B.F. Skinner terhadap tikus dan selanjutnya terhadap burung merpati menghasilkan hukum-hukum belajar, diantaranya : 1) Law of operant conditining yaitu jika timbulnya perilaku diiringi dengan stimulus penguat, maka kekuatan perilaku tersebut akan meningkat. 2) Law of operant extinction yaitu jika timbulnya perilaku operant telah diperkuat melalui proses conditioning itu tidak diiringi stimulus penguat, maka kekuatan perilaku tersebut akan menurun bahkan musnah. Reber menyebutkan bahwa yang dimaksud dengan operant adalah sejumlah perilaku yang membawa efek yang sama terhadap lingkungan. Respons dalam operant conditioning terjadi tanpa didahului oleh stimulus, melainkan oleh efek yang ditimbulkan oleh reinforcer. Reinforcer itu sendiri pada dasarnya adalah stimulus yang meningkatkan kemungkinan timbulnya sejumlah respons tertentu, namun tidak sengaja diadakan sebagai pasangan stimulus lainnya seperti dalam classical conditioning. d. Social Learning menurut Albert Bandura Teori belajar sosial atau disebut juga teori observational learning adalah sebuah teori belajar yang relatif masih baru dibandingkan dengan teori-teori belajar lainnya. Berbeda dengan penganut Behaviorisme lainnya, Bandura memandang Perilaku individu tidak semata-mata refleks otomatis atas stimulus (S-R Bond), melainkan juga akibat reaksi yang timbul sebagai hasil interaksi antara lingkungan dengan skema kognitif individu itu sendiri. Prinsip dasar belajar menurut teori ini, bahwa yang dipelajari individu terutama dalam belajar sosial dan moral terjadi melalui peniruan (imitation) dan penyajian contoh perilaku (modeling). Teori ini juga masih memandang pentingnya conditioning. Melalui pemberian reward dan punishment, seorang individu akan berfikir dan memutuskan perilaku sosial mana yang perlu dilakukan.

154


2.

3.

Paradigma Kognitivis Gagasan utama teori kognitif, dengan tokoh utamanya adalah Jean Piaget, adalah Piaget merupakan salah seorang tokoh yang disebut-sebut sebagai pelopor aliran konstruktivisme. Salah satu sumbangan pemikirannya yang banyak digunakan sebagai rujukan untuk memahami perkembangan kognitif individu yaitu teori tentang tahapan perkembangan individu. Menurut Piaget bahwa perkembangan kognitif individu meliputi empat tahap yaitu : (1) sensory motor; (2) pre operational; (3) concrete operational dan (4) formal operational. Pemikiran lain dari Piaget tentang proses rekonstruksi pengetahuan individu yaitu asimilasi dan akomodasi. James Atherton (2005) menyebutkan bahwa asisimilasi adalah “the process by which a person takes material into their mind from the environment, which may mean changing the evidence of their senses to make it fit” dan akomodasi adalah “the difference made to one’s mind or concepts by the process of assimilation” Dikemukakannya pula, bahwa belajar akan lebih berhasil apabila disesuaikan dengan tahap perkembangan kognitif peserta didik. Peserta didik hendaknya diberi kesempatan untuk melakukan eksperimen dengan obyek fisik, yang ditunjang oleh interaksi dengan teman sebaya dan dibantu oleh pertanyaan tilikan dari guru. Guru hendaknya banyak memberikan rangsangan kepada peserta didik agar mau berinteraksi dengan lingkungan secara aktif, mencari dan menemukan berbagai hal dari lingkungan. Implikasi teori perkembangan kognitif Piaget dalam pembelajaran adalah : a. Bahasa dan cara berfikir anak berbeda dengan orang dewasa. Oleh karena itu guru mengajar dengan menggunakan bahasa yang sesuai dengan cara berfikir anak. b. Anak-anak akan belajar lebih baik apabila dapat menghadapi lingkungan dengan baik. Guru harus membantu anak agar dapat berinteraksi dengan lingkungan sebaik-baiknya. c. Bahan yang harus dipelajari anak hendaknya dirasakan baru tetapi tidak asing. d. Berikan peluang agar anak belajar sesuai tahap perkembangannya. e. Di dalam kelas, anak-anak hendaknya diberi peluang untuk saling berbicara dan diskusi dengan teman-temanya. Paradigma Konstruktivis Belajar adalah kegiatan aktif siswa untuk membangun pengetahuannya. Siswa sendiri yang bertanggung jawab atas peistiwa belajar dan hasil belajarnya. Siswa sendiri yang melakukan penalaran melalui seleksi dan organisasi pengalaman serta mengintegrasikannya dengan apa yang telah diketahui. Belajar merupakan proses negosiasi makna berdasarkan pengertian yang dibangun secara personal. Belajar bermakna terjadi melalui refleksi, resolusi konflik kognitif, dialog, penelitian, pengujian hipotesis, pengambilan keputusan, yang semuanya ditujukan untuk memperbaharui tingkat pemikiran individu sehingga menjadi semakin sempurna. Paradigma konstruktivistik merupakan basis reformasi pendidikan saat ini. Menurut paradigma konstruktivistik, pembelajaran lebih

155


mengutamakan penyelesaian masalah, mengembangkan konsep, konstruksi solusi dan algoritma ketimbang menghafal prosedur dan menggunakannya untuk memperoleh satu jawaban benar. Pembelajaran lebih dicirikan oleh aktivitas eksperimentasi, pertanyaan-pertanyaan, investigasi, hipotesis, dan model model yang dibangkitkan oleh siswa sendiri. sebagaimana dinyatakan Bodner (1986:873) berikut: “ … knowledge is constructed as the learner strives to organize his or her experience in terms of preexisting mental structures”. Karena itulah, penganut konstuktivisme meyakinibahwa suatu pengetahuan tidak dapat dipindahkan dengan begitu saja dari otakseorang guru ke otak siswanya. Harus ada upaya dari siswa untuk mengaitkanpengalaman baru dengan pengetahuan yang sudah ada di kerangka kognitifnya. Secara umum, terdapat lima prinsip dasar yang melandasi kelas konstruktivistik, yaitu (1) meletakkan permasalahan yang relevan dengan kebutuhan siswa, (2) menyusun pembelajaran di sekitar konsep-konsep utama, (3) menghargai pandangan siswa, (4) materi pembelajaran menyesuaikan terhadap kebutuhan siswa, (5) menilai pembelajaran secara kontekstual. Hal yang lebih penting, bagaimana guru mendorong dan menerima otonomi siswa, investigasi bertolak dari data mentah dan sumber-sumber primer (bukan hanya buku teks), menghargai pikiran siswa, dialog, pencarian, dan teka-teki sebagai pengarah pembelajaran. Secara tradisional, pembelajaran telah dianggap sebagai bagian “menirukan”suatu proses yang melibatkan pengulangan siswa, atau meniru-niru informasi yang baru disajikan dalam laporan atau quis dan tes. Menurut paradigma konstruktivistik, pembelajaran lebih diutamakan untuk membantu siswa dalam menginternalisasi, membentuk kembali, atau mentransformasi informasi baru. Untuk menginternalisasi serta dapat menerapkan pembelajaran menurut paradigma konstruktivistik, terlebih dulu guru diharapkan dapat merubah pikiran sesuai dengan pandangan konstruktivistik. Dalam pendekatan konstruktivis siswa secara aktif membangun pengetahuannya sendiri berdasarkan “apa yang diketahui siswa”. Sedangkan guru berperan sebagai narasumber yang bijak dan berpengetahuan serta berfungsi sebagai sutradara yang mengendalikan proses pembelajaran dan siap membantu siswa apabila ada kemacetan proses pembelajaran atau melantur tanpa arah. Proses pembelajaran Fisika yang kontekstual dapat menerjemahkan konsep-konsep abstrak ke dalam bentuk konkrit, mengapresiasikan permasalahan sehari-hari dalam masyarakat, teknologi dan lingkungan sekitar serta memecahkannya secara berpikir sistematis, analitis dan alternatif. Guru konstruktivistik memiliki ciri-ciri sebagai berikut. a. Menghargai otonomi dan inisiatif siswa. b. Menggunakan data primer dan bahan manipulatif dengan penekanan pada keterampilan berpikir kritis. c. Mengutamakan kinerja siswa berupa mengklasifikasi, mengananalisis, memprediksi, dan mengkreasi dalam mengerjakan tugas. d. Menyertakan respon siswa dalam pembelajaran dan mengubah model atau strategi pembelajaran sesuai dengan karakteristik materi pelajaran.

156


e. Menggali pemahaman siswa tentang konsep-konsep yang akan dibelajarkan sebelum sharing pemahamannya tentang konsep-konsep tersebut. f. Menyediakan peluang kepada siswa untuk berdiskusi baik dengan dirinya maupun dengan siswa yang lain. g. Mendorong sikap inquiry siswa dengan pertanyaan terbuka yang menuntut mereka untuk berpikir kritis dan berdiskusi antar temannya. h. Mengelaborasi respon awal siswa. i. Menyertakan siswa dalam pengalaman-pengalaman yang dapat menimbulkan kontradiksi terhadap hipotesis awal mereka dan kemudian mendorong diskusi. j. Menyediakan kesempatan yang cukup kepada siswa dalam memikirkan dan mengerjakan tugas-tugas. k. Menumbuhkan sikap ingin tahu siswa melalui penggunaan model pembelajaran yangberagam. E. Pembelajaran Fisika Fisika merupakan bagian dari Ilmu Pengetahuan Alam (IPA) , yaitu suatu Ilmu yang mempelajari gejala dan peristiwa atau fenomena alam serta berusaha untuk mengungkap segala rahasia dan hukum smesta. Objek Fisika meliputi mempelajari karakter, gejala dan peristiwa yang terjadi atau terkandung dalam benda - benda mati atau benda yang tidak melakukan pengembangan diri. Menurut Giancoli (2001:1) “Fisika adalah ilmu pengetahuan yang paling mendasar karena berhubungan dengan perilaku dan struktur benda”. Fisika merupakan bagian dari ilmu pengetahuan alam yang mempelajari gejala-gejala alam dan interaksinya, gejala-gejala alam yang dipelajari terjadi pada benda atau materi yang dapat diamati (makro) maupun benda-benda yang tidak bisa diamati langsung (mikro). Sedangkan menurut D.L Tobing (1996:1) “Fisika merupakan cabang utama ilmu pengetahuan seperti kimia, botani, astronomi dan sebagainya, fisika mempunyai ciri khas yaitu pelukisan kenyataan menurut aspek-aspek yang memungkinkan pencatatan dan pengamatan individu dan langsung”. Fisika dapat dialami dalam kehidupan sehari-hari. Kapanpun dan dimanapun seseorang dapat menjumpai fenomena fisika termasuk lingkungan dimana kita tinggal. Keindahan warna bunga yang tampak oleh mata, musik yang terdengar nyaman di telinga, air terjun yang memikat, aliran angin yang sepoi-sepoi, adalah sedikit contoh dari peristiwa fisika sehari-hari. Penjelasan bahwa setiap warna memiliki panjang gelombang yang berbeda-beda dan bahwa benda-benda menyerap serta meradiasikan panjang gelombang tertentu sehingga sampai ke mata kita, lebih mudah dipahami jika siswa tidak hanya membaca buku namun mengkaitkan dengan konteks yang ada pada lingkungan sekitar. Belajar Fisika akan menyenangkan kalau memahami keindahannya dan mengetahui manfaatnya. Jika siswa sudah mulai tertarik baik oleh keindahannya , manfaatnya atupun dari lapangan kerjanya ,mereka akan bisa lebih mudah dalam menguasai Fisika. Maka, motivasi belajar sudah menjadi modal pertama untuk menghadapi halangan atau kesulitan apapun yang akan menghadang ketika sedang belajar Fisika. Pembelajaran yang kontekstual adalah sebagai berikut: :

157


1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

Pengantar yang baik. Dalam memulai suatu pokok bahasan atau bab yang baru , siswa butuh suatu "pengantar" yang baik , agar mereka merasa nyaman dalam menerima transfer ilmu.Pengantar yang dimaksud mencakup gambaran singkat tentang apa yang dipelajari. Start Easy. Saat masuk ke suatu pokok bahasan , sebaiknya diawali dengan penjelasan yang sederhana , mudah dicerna , disertai dengan contoh - contoh soal serta soal - soal latihan yang mudah pula.Hal ini penting untuk memberikan kesan "mudah" pada siswa dan menumbuhkan kepercayaan dirinya. Sesuap demi sesuap Proses pembelajaran hendaknya dilakukan secara bertahap , baik dari segi penyampaian materi maupun dari tingkat kesulitan soal.Hindari penyampaian materi yang banyak sekaligus dalam satu pertemuan , ataupun langsung menguji siswa dengan soal - soal yang sulit sebelum mereka mencoba hal - hal yang mudah terlebih dahulu. Gamblang Penjelasan suatu konsep Fisika haruslah gambling , jagan biarkan siswa menangkap suatu konsepsecara samar - samar karena ini akan menjadi beban bagi siswa di masa selanjutnya. Namun , inilah yang justru banyak terjadi. Misalnya , pada saat siswa SMU yang baru masuk kita minta untuk menyebutkan bunyi hukum Archimedes , nyaris tidak ada yang mampu menyebutkannya dengan benar. Menyederhanakan dan membatsi Salah satu hal yang sering dikeluhkan siswa daalah bahwa materi yang diajarkan terasa rumit dan terlalu banyak.Hal ini sangat ironis mengingat beban dari kurikulum sendiri tidak menuntut demikian.Yang terjadi adalah seringkali guru merasa belum puas bila belum mengajarkan materi - materi pengayakan yang sebenarnya tidak tercantum dalam Silabus.Untuk memecahakan persoalaan itu yaitu dengan menyedehanakan dan membatasi bahan materi yang dibahas. Ilustrasi yang membantu pemahaman Dalam pengajran Fisika penggunaan Ilustrasi merupakan alat yang efektif dalam menanamkan pemahaman pada siswa. Analogi membangun imajinasi Analogi juga merupakan cara yang efektif dalam membangun imajinasi dan daya nalar siswa . Konsep dan rumus dasar sebagai kunci inggris Pada saat pembelajaran Fisika , seringkali para guru mengajarkan rumus cepat kepada siswa untuk mengatasi kesulitan dalam memecahkan suatu persoalan .Penggunaan rumus ini justru menampuhkan kemampuan siswa dalam menggunakan konsep dan rumus dasar. Alat Bantu dan eksperimen untuk memperkuat pemahaman Fisika merupakan ilmu alam , dan dalam mempelajari tentu tak dapat lepas dari eksperimen . Kadang hanya lewat eksperimen , siswa dapat meyakini suatu hal yang sepintas tidak sesuai dengan logika mereka . Selain itu , media elektronik juga baik untuk dimanfaatkan dalam pembelajaran.

158


10. "Game" untuk membangun suasana belajar. Proses pembelajaran tidak dapat dipaksakan bila kondisi siswa sudah jenuh . Hal tersebut diatasi dengan mengadakan " game " dimana siswa diberi pertanyaan-pertanyaan yang berkaitan dengan materi yang sudah diajarkan. 11. Soal-soal standar untuk melatih skill Dalam menghadapi evaluasi belajar , selain diperlukan pemahaman konsep juga dibutuhkan keterampilan menjawab soal . Keterampilan ini dapat ditingkatkan dengan banyak latihan mengerjakan soal-soal fisika Penerapan ilmu fisika pada saat ini sudah menjadi ilmu yang mengglobal dalam berbagai disiplin ilmu. Artinya ilmu ini dapat ditemukan dalam berbagai kajian fenomena kehidupan dunia. Oleh karena itu ilmu ini merupakan dasar dari pengkajian dan penelaahan berbagai fenomena kehidupan tersebut. Dengan dasar ilmu ini pula manusia di dunia sanggup menginterpretasikan kejadian atau benda yang berada di luar logika manusia atau hal-hal yang ajaib di mata masyarakat. Oleh karena itu ilmu fisika banyak diminati oleh masyarakat yang memiliki rasa keingintahuan tinggi atas peristiwa-peristiwa alam dalam kehidupan. Berkembangnya biofisika, ekonofisika, kimiafisika dan fisikasport merupakan contoh nyata dari kebutuhan disiplin ilmu-ilmu lain terhadap fisika. Peranan ilmu fisika bagi dunia kehidupan sejak dulu memang sudah dikenal sebagai dasar penelitian para ilmuwan. Sebagai bukti mereka berhasil menemukan berbagai teknologi dalam perkembangan dunia. Mereka bisa melayang di udara, bisa membuat pesawat yang menjelajahi planet-planet, menemukan teknologi komunikasi, bahkan mereka dapat menghancurkan dunia dengan ilmu tersebut, misalnya menemukan bom atom. F. Hakekat PAIKEM Belajar dalam konteks PAIKEM dimaknai sebagai proses katif dalam membangun pengetahuan atau membangun makna. PAIKEM adalah pembelajaran yang memungkinkan peserta didik mengejakan kegiatan yang beragam untuk mengembangkan keterampilan dan pemahaman dengan penekanan kepada belajar sambil bekerja, sementara guru menggunakan berbagai sumber dan alat bantu belajar termasuk pemanfaatan lingkungan supaya pembelajaran lebih menarik, menyenangkan dan efektif. Dalam prosesnya seorang siswa yang sedang belajar akan terlibat dalam proses sosial. Proses membangun makna yang dilakukan secara terus menerus(sepanjang hayat). Makna belajar tersebut didasari oleh pandangan kontruktivisme. Dalam PAIKEM terdapat empat pilar utama yaitu: (a) aktif, (b) Inovativ (c) Kreatif, (d) Efektif dan (e Menyenangkan. Sedangkan huruf’ P” merupakan pembelajaran yang didefinisikan sebagai pengorganisasian atau penciptaan atau pengaturan suatu kondisi lingkungan yang sebaik-baiknya yang memungkinkan terjadinya peserta didik, dengan demikian pada waktu peserta didik belajar, pilar-pilar PAIKEM harus dirancang. (Indrawati.2009:12) 1. Pembelajaran Aktif, yaitu pembelajaran yang berpusat pada peserta didik (student centered) dari pada berpusat pada guru. Agar siswa aktif, maka guru harus merancang kegiatan yang dilakukan siswa baik kegiatan berpikir dan kegiatan berbuat.

159


2. Pembelajaran inovatif adalah proses interaksi yang pro-perubahan antara peserta didik dengan pendidik dan sumber belajar pada suatu lingkungan belajar yaitu pembelajaran mengembangkan daya imajinasi, kreasi, inovasi, nalar, rasa keingintahuan, dan eksperimentasi untuk menemukan kemungkinan-kemungkinan baru, dan yang tidak tertambat pada tradisi dan kebiasaan pembelajaran yang lebih mementingkan memorisasi dan recall. 3. pembelajaran Kreatif, yaitu pembelajaran yang menstimulasi siswa untuk mengembangkan gagasannya dengan memanfaat sumber belajar yang ada. Strategi mengajar untuk mengembangkan kreativitas siswa adalah: a. Memberi kebebasan pada siswa untuk mengembangkan gagasan dan pengetahuan baru b. Bersifat respek dan menghargai ide-ide siswa c. Penghargaan pada inisiatif dak kesadaran diri siswa d. Penekanan pada proses bukan penilaian hasil akhir karya siswa. e. Memberikan waktu yang cukup untuk siswa berpikir dan menghasilkan karya f. Mengajukan pertanyaan-pertanyaan untuk menggugah kreativitas siswa. 4. Pembelajaran Efektif, yaitu pembelajaran yang menghasilkan apa yang harus dikuasai siswa setelah proses pembelajaran berlangsung. 5. Pembelajaran yang Menyenangkan, yaitu suasana belajar dalam keadaan gembira artinya rileks, bebas dari tekanan, aman, menarik, lingkungan belajar yang menarik, bersemangat dan perasaan gembira dengan konsentrasi tinggi. Secara garis besar, PAIKEM dapat digambarkan sebagai berikut: (Indrawati.2009:17) Guru Siswa Lingkungan(kelas indoor/Outdoor, laboratorium) • Guru sebagai fasilitator • Siswa lebih • Guru mengatur mendominasi dan lingkungan kelas. mewarnai pembelajaran • Guru menggunakan • Siswa terlibat dalam • Hasil Karya siswa di berbagai alat bantu dan berbagai kegiatan yang sajikan berbagai cara dalam mengembangkan membangkitkan pemahaman dan semangat belajar kemampuan mereka • Guru menerapkan cara • Siswa giat dan dinamis • Kelas dibuat mengajar yang lebih mengikuti semenarik mungkin kooperatif dan pembelajaran interaktif termasuk cara belajar kelompok • Guru menerapkan • Secara fisik dan mental • Lingkungan berbagai strategi/model aktif ditandai dengan digunakan sebagai pembelajaran tercurahnya konsentrasi sumber belajar yang tinggi • Guru memotivasi siswa • Siswa berani • melalui kegiatan yang mengemukakan menantang kemampuan gagasan. 160


siswa untuk berpikir kreatif, kritis dan mampu memecahkan masalah • Guru menggunakan berbagai macam strategi mengajar termasuk pembelajaran yang lebih interaktif dalam kelompok serta lebih banyak praktek

• Siswa tidak malu terlibat aktif dalam kegiatan

• Tata letak/formasi kelas diubah dan disesuaikan dengan kegiatan

G. Model Pembelajaran Dalam kegiatan pembelajaran di kelas terdapat beberapa istilah tentang cara mengajar seperti : model, strategi, pendekatan, metode, atau teknik pembelajaran. Perlu penegasan penjenjangan dan pengertian agar tidak terjadi kesalahpahaman. Strategi merupakan siasat dalam pembelajaran, seperti mengaktifkan peserta didik. Dalam strategi terdapat beberapa pendekatan, seperti konstruktivisme dan realistik.strategi adalah rencana yang cermat mengenai kegiatan untuk mencapai sasaran khusus. Dengan demikian, strategi pembelajaran dapat pula disebut sebagai cara yang sistematik dalam mengomunikasikan isi pelajaran kepada siswa untuk mencapai tujuan pembelajaran. Dari beberapa pendapat pakar, Supinah (2008) menyimpulkan bahwa yang dimaksud dengan strategi pembelajaran adalah perpaduan dari: (1) urutan kegiatan, cara pengorganisasian materi pelajaran, dan siswa; (2) metode atau teknik pembelajaran; (3) media pembelajaran yaitu berupa peralatan dan bahan pembelajaran; dan (4) waktu yang digunakan dalam proses pembelajaran untuk mencapai tujuan pembelajaran yang telah ditentukan. Dapat juga dikatakan, strategi pembelajaran adalah cara yang dipilih untukmenyampaikan materi pelajaran dalam lingkungan pengajaran tertentu, yang meliputi lingkup dan urutan kegiatan yang dapat memberikan pengalaman belajar kepada siswa (Gerlach dan Elly, 80:15). Sedang pendekatan merupakan suatu pedoman mengajar yang sifatmya masih teoritis atau konseptual. Ada pendapat yang menempatkan pendekatan (approach) pada urutan pertama sedang strategi pada urutan kedua. Hal tersebut tidak menjadi masalah, bila pengertian masing-masing dijelaskan dengan tegas. Berkait dengan istilah pendekatan, Adi Wijaya (2008) mengutip pendapat Wina (2006) yang menyatakan bahwa Killen telah mengategorikan pendekatan menjadi dua yaitu pendekatan yang berpusat pada guru dan pendekatan yang bepusat pada siswa. Metode merupakan cara mengajar yang sifatnya umum dan dapat dilakukan pada semua mata pelajaran ( contoh : metode ceramah, metode diskusi, dll. ). Metode dapat juga diartikan sebagai cara yang telah terpola tetap untuk memperoleh pengetahuan. Karenanya, suatu metode bersifat prosedural, teknis, dan implementatif. Beberapa metode yang dapat digunakan selama proses pembelajaran di antaranya adalah metode: ceramah, tanya jawab,

161


diskusi, demonstrasi, eksperimen, laboratorium, penemuan (discovery atau inquiry), investigasi, eksplorasi, Teknik merupakan cara mengajar yang bersifat khusus sesuai dengan karakter materi pelajaran, peserta didik, atau keterampilan guru. Teknik dapat juga merupakan suatu metode yang khusus, misalkan : bertanya klasikal, bertanya berantai, bertanya silih berganti. Model merupakan suatu konsepsi untuk mengajar suatu materi dalam mencapai tujuan tertentu. Dalam model mencakup strategi, pendekatan, metode maupun teknik. Contoh model : model pembelajaran kooperatif, model pembelajaran berbasis masalah, atau model pembelajaran langsung. Berikut skema penjenjangan dan definisi istilah model pengajaran di kelas. Joice dan Weil (1992:4) mengemukakan bahwa model pembelajaran adalah suatu rencana atau suatu pola yang digunakan untuk merancang pembelajaran setiap tatap muka dikelas atau dalam tutorial dan untuk menentukan perangkat pembelajaran termasuk buku, rekaman, program yang dimediasi komputer dan kurikulum. Setiap model mengarahkan kita untuk mendesain pembelajaran untuk membantu siswa sehingga tujuan pembelajarannya tercapai. Joyce dan Weil (1992: 14-15) mengemukakan bahwa setiap model belajarmengajar atau model pembelajaran harus memiliki empat unsur berikut. 1. Sintak (syntax) yang merupakan fase-fase (phasing) dari model yang menjelaskan model tersebut dalam pelaksanaannya secara nyata (Joyce dan Weil, 1992:14). Contohnya, bagaimana kegiatan pendahuluan pada proses pembelajaran dilakukan? Apa yang akan terjadi berikutnya? 2. Sistem sosial (the social system) yang menunjukkan peran dan hubungan guru dan siswa selama proses pembelajaran. Kepemimpinan guru sangatlah bervariasi pada satu model dengan model lainnya. Pada satu model, guru berperan sebagai fasilitator namun pada model yang lain guru berperan sebagai sumber ilmu pengetahuan. 3. Prinsip reaksi (principles of reaction) yang menunjukkan bagaimana guru memperlakukan siswa dan bagaimana pula ia merespon terhadap apa yang dilakukan siswanya. Pada satu model, guru memberi ganjaran atas sesuatu yang sudah dilakukan siswa dengan baik, namun pada model yang lain guru bersikap tidak memberikan penilaian terhadap siswanya, terutama untuk hal-hal yang berkait dengan kreativitas. 4. Sistem pendukung (support system) yang menunjukkan segala sarana, bahan, dan alat yang dapat digunakan untuk mendukung model tersebut. 5. Dampak Instruksional yaitu hasil pembelajaran yang secara langsung dicapai dengan menuntun siswa dalam arah tertentu 6. Dampak pengiring adalah hasil pembelajaran yang secara tidak langsung muncul karena mengalami lingkungan yang diciptakan oleh model.

162


Model Strategi Pendekatan Metode Teknik

Dalam pelaksanaan di kelas umumnya sangat sulit untuk memberikan batasan secara tegas tentang penerapan suatu pendekatan. Dalam kelas sering dilibatkan beberapa pendekatan agar pembelajaran lebih efektif. Untuk mengatakan bahwa guru menerapkan suatu pendekatan tertentu kita hanya melihat ciri atau karakter dominan langkah-langkah pembelajaran yang digunakan. Dengan demikian dapat saja terjadi seorang pengamat (guru lain) mengatakan pendekatan A yang diterapkan seorang guru di kelas, padahal menurut guru kelas yang mengajar ia bermaksud menggunakan pendekatan B. Perbedaan penafsiran ini juga karena perbedaan konseptual dari beberapa pendekatan yang relatif tidak mudah diidentifikasi. Kesepakatan istilah (batasan pengertian) dan saling komunikasi merupakan cara tepat untuk mengatasi masalah tersebut. Pada modul ini akan diberikan uraian singkat tentang beberapa model-model pembelajaran yang dapat diterapkan pada pembelajaran di kelas. Model-model pembelajaran tersebut meliputi Pengajaran Langsung (DI= Direct Instruction), Pembelajaran Kooperatif (cooperative learning) dan Pengajaran Berdasarkan Masalah (PBI=Problem Base Instruction) serta inkuiri atau belajar melalui penemuan. 1. Pengajaran Langsung Pengajaran langsung banyak diilhami oleh teori belajar sosial yang juga sering disebut belajar melalui observasi. Dalam bukunya Arends menyebutnya sebagai teori pemodelan tingkah laku. Tokoh lain yang menyumbang dasar pengembangan model pengajaran langsung John Dolard dan Neal Miller serta Albert Bandura yang mempercayai bahwa sebagian besar manusia belajar melalui pengamatan secara selektif dan mengingat tingkah laku orang lain. Pemikiran mendasar dari model pengajaran langsung adalah bahwa siswa belajar dengan mengamati secara selektif, mengingat dan menirukan tingkah laku gurunya. Atas dasar pemikirian tersebut hal penting yang harus diingat dalam menerapkan model pengajaran langsung adalah menghindari menyampaikan pengetahuan yang terlalu kompleks. Para pakar pada umumnya membedakan pengetahuan menjadi dua yaitu, pengetahuan deklaratif dan pengetahuan prosedural. Pengetahuan deklaratif adalah pengetahuan tentang sesuatu. Sedangkan pengetahuan prosedural adalah pengetahuan tentang bagaimana melakukan sesuatu. Supaya ungkapan tentang pengetahuan deklaratif dan prosedural lebih

163


jelas marilah kita amati sebuah neraca. Neraca apapun pasti tersusun atas bagian-bagian yang menyusunnya. Bagian-bagian tersebut meliputi dasar atau kaki neraca, lengan neraca, piring neraca dan bagian-bagian lain. Masing-masing bagian tersebut mempunyiai fungsi tertentu, yang pada akhirnya mendukung fungsi neraca tersebut. Pengetahuan tentang bagianbagian neraca dan fungsi masing-masing bagian tersebut merupakan pengetahuan deklaratif. Neraca digunakan dengan prosedur atau langkah-langkah yang tepat, supaya memberikan hasil yang akurat. Pada langkah awal menggunakan neraca kita harus ”mengenolkan” neraca tersebut, atau menyeimbangkan lengan neraca secara tepat. Langkah selanjutnya adalah meletakkan anak timbangan yang massanya kita prediksi hampir sama dengan massa benda yang kita timbang. Selanjutnya kita meletakkan benda dan menemukan massa benda yang kita timbang tersebut. Langkalangkah dalam menggunakan neraca tersebut merupakan pengetahuan prosedural. Dalam menerapkan model pengajaran langsung hendaknya kita menyederhanakan baik pengetahuan deklaratif maupun pengetahuan prosedural yang akan kita sampaikan kepada siswa. Pengajaran langsung dicirikan oleh sintaks tertentu. Pada Tabel 1 berikut ini akan diberikan sintaks model pengajaran langsung dan peran yang dijalankan oleh guru pada tiap-tiap sintaks Tabel 1. Sintaks Model Pengajaran Langsung FASE PERAN GURU 1.Menyampaikan tujuan dan Guru menjelaskan tujuan mempersiapkan siswa. pembelajaran, informasi latar belakang pelajaran, pentingnya pelajaran, mempersiapkan siswa untuk belajar. 2.Mendemonstrasikan keterampilan (pengetahuan prosedural) atau mempresentasikan pengetahuan (deklaratif)

Guru mendemonstrasikan keterampilan dengan benar, atau menyajikan informasi tahap demi tahap.

3. Membimbing pelatihan

Guru merencanakan dan memberi bimbingan pelatihan Guru mengecek apakah siswa telah berhasil melakukan tugas dengan baik, memberi umpan balik. Guru mempersiapkan kesempatan melakukan pelatihan lanjutan, dengan perhatian khusus pada penerapan kepada situasi lebih kompleks dan kehidupan sehari-hari.

4.Mengecek pemahaman dan memberikan umpan balik 5. memberikan kesempatan untuk pelatihan lanjutan dan penerapan

2.

Pembelajaran Kooperatif Pakar-pakar yang memberikan sumbangan pemikiran bagi pengembangan model pembelajaran kooperatif adalah John Dewey dan 164


Herbert Thelan. Menurut Dewey kelas seharusnya merupakan cerminan masyarakat yang lebih besar. Thelan telah mengembangkan prosedur yang tepat untuk membantu para siswa bekerja secara berkelompok. Tokoh lain adalah ahli sosiologi Gordon Alport yang mengingatkan kerja sama dan bekerja dalam kelompok akan memberikan hasil lebih baik. Shlomo Sharan mengilhami peminat model pembelajaran kooperatif untuk membuat setting kelas dan proses pengajaran yang memenuhi tiga kondisi yaitu (a) adanya kontak langsung, (b) sama-sama berperan serta dalam kerja kelompok dan (c) adanya persetujuan antar anggota dalam kelompok tentang setting kooperatif tersebut. Hal yang penting dala model pembelajaran kooperatif adalah bahwa siswa dapat belajar dengan cara bekerja sama dengan teman. Bahwa teman yang lebih mampu dapat menolong teman yang lemah. Dan setiap anggota kelompok tetap memberi sumbangan pada prestasi kelompok. Para siswa juga mendapat kesempatan untuk bersosialisasi. Terdapat beberapa tipe model pembelajaran kooperatif seperti tipe STAD (Student Teams Achievement Division), tipe jigsaw dan investigasi kelompok dan pendekatan struktural. Keempat tipe tersebut mempunyai perbandingan seperti pada Tabel 2 berikut ini.

ASPEK Tujuan kognitif

Tujuan sosial

Struktur tim

Pemilihan topik pelajaran Tugas

Tabel 2. Perbandingan Empat Pendekatan dalam Pembelajaran Kooperatif STAD JIGSAW Investigasi Pendekatan Kelompok Struktural Informasi Informasi Informasi Informasi akademik akademik akademik akademik sederhana sederhana tingkat tinggi sederhana dan keterampilan inkuiri Kerja Kerja Kerjasama Keterampilan kelompok dan kelompok dan dalam kelompok an kerja sama kerja sama keterampilan kelompok kompleks sosial Kelompok Kelompok Kelompok Bervariasi, heterogen belajar belajar dengan berdua, dengan 4-5 heterogen 5-6 anggota bertiga, orang anggota dengan 5-6 heterogen kelompok orang anggota dengan 4-6 menggunakan anngota. pola kelompok ”asal” dan kelompok ”ahli” Biasanya guru Biasanya guru Biasanya siswa Biasanya guru

Siswa

dapat Siswa

Siswa

165

Siswa


Utama

menggunakan lembar kegiatan dan saling membantu untuk menuntaskan materi belajarnya

Penilaian

Tes mingguan

mempelajari materi dalam kelompok” ahli” kemudian membantu anggota kelompok asal mempelajari materi itu Bervariasi dapat berupa tes mingguan

menyelesaikan inkuiri kompleks

mengerjakan tugas-tugas yang diberikan sosial dan kognitif Penilaian

Menyelesaikan Bervariasi proyek dan menulis laporan, dapat menggunakan tes essay Bervariasi Pengakuan Lembar Publikasi lain Lembar Bervariasi pengetahuan pengetahuan dan publikasi dan publikasi lain lain Model pembelajaran kooperatif mempunyai sintaks tertentu yang merupakan ciri khususnya. Tabel 3 berikut ini adalah sintaks model pembelajaran kooperatif dan tingkah laku guru pada setiap sintaks. Tabel 3. Sintaks Model Pembelajaran Kooperatif FASE Tingkah Laku Guru Fase 1 Guru menyampaikan semua tujuan Menyampaikan tujuan dan pelajaran yang ingin dicapai pada memotivasi siswa pelajaran tersebut dan memotivasi siswa belajar. Fase 2 Guru menyajikan informasi kepada Menyajikan informasi siswa dengan jalan demonstrasi atau lewat bahan bacaan. Fase 3 Guru menjelaskan kepada siswa Mengorganisasi siswa ke dalam bagaimana cara membentuk kelompok kelompok-kelompok belajar belajar dan membantu setiap kelompok agar melakukan transisi secara efisien. Fase 4 Guru membimbing kelompokMembimbing kelompok bekerja dan kelompok belajar pada saat mereka belajar mengerjakan tugas mereka. Guru mengevaluasi hasil belajar Fase 5 tentang materi yang telah dipelajari atau masing-masing kelompok Evaluasi mempresentasikan hasil kerjanya. Fase 6 Guru mencari cara-cara untuk Memberikan penghargaan menghargai baik upaya maupun hasil belajar individu dan kelompok. 166


3.

Pengajaran Berdasarkan Masalah Model pengajaran berdasarkan masalah lebih kompleks dibandingkan dua model yang telah diuraikan sebelumnya. Model pengajaran berdasarkan masalah mempunyai ciri umum yaitu menyajikan kepada siswa tentang masalah yang autentik dan bermakna yang akan memberi kemudahan kepada para siswa untuk melakukan penyelidikan dan inkuiri. Model ini juga mempunyai beberapa ciri khusus yaitu adanya pengajuan pertanyaan atau masalah, berfokus pada keterkaitan antar disiplin ilmu, penyelidikan autentik, menghasilkan produk/karya dan memamerkan produk tersebut serta adanya kerja sama. Masalah autentik adalah masalah yang terdapat dalam kehidupan sehari-hari dan bermanfaat langsung jika ditemukan penyelesaiannya. Sebagai contoh masalah autentik adalah ”bagaimanakah kita dapat memperbanyak bibit bunga mawar dalam waktu yang singkat supaya dapat memenuhi permintaan pasar” Apabila pemecahan terhadap masalah ini ditemukan, maka akan memberikan keuntungan secara ekonomis. Masalah seperti ”bagaimanakah kandungan klorofil daun pada tumbuhan-tumbuhan yang tumbuh pada tempat yang tingkat intensitas cahanyanya berbeda” merupakan masalah akademis yang apabila ditemukan jawabannya belum dapat memberi manfaat praktis secara langsung. Apabila anda melihat seekor ikan yang berenang di akuarium, maka apakah masalah autentik dan masalah akademik yang dapat dirumuskan dari pengamatan ikan tersebut. Masalah autentik yang muncul dapat meliputi, bagaimanakah komposisi ransum pakan ikan supaya menghasilkan pertumbuhan badan ikan yang maksimal, atau bagaimanakah ransum pakan yang menghasilkan warna tubuh ikan yang lebih cerah sehingga ikan tersebut lebih mahal jika dijual. Adapun masalah akademik yang muncul meliputi bagaimanakah pengaruh suhu air terhadap kecepatan membuka dan menutupnya insang pada ikan, bagaimanakah pengaruh adanya zat polutan terhadap kecepatan motilitas ikan dan masalah-masalah lain yang tidak langsung bermanfaat dalam kehidupan sehari-hari. Masalah autentik juga sangat menarik minat siswa sebagai subyek belajar, karena terkait dengan kehidupan mereka sehari-hari dan bermanfaat bagi dirinya. Dengan mengangkat masalah-masalah autentik ke dalam kelas, maka pembelajaran akan lebih bermakna. Adapun landasan teoritik dan empirik model pengajaran berdasarkan masalah adalah gagasan dan ide-ide para ahli seperti Dewey dengan kelas demokratisnya, Piaget yang berpendapat bahwa adanya rasa ingin tahu pada anak akan memotivasi anak untuk secara aktif membangun tampilan dala otak mereka tentang lingkungan yang mereka hayati, Vygotsky yang merupakan tokoh dalam pengembangan konsep konstruktivisme yang merupakan konsep yang dianut dalam model pengajaran berdasarkan masalah. Model pengajaran berdasarkan masalah juga mempunyai sintaks tertentu yang merupakan ciri khas dari model ini. Tabel 4 berikut ini

167


adalah sintaks model pengajaran berdasarkan masalah dan tingkah laku guru pada setiap tahap sintak. Tabel 4. Sintaks Model Pengajaran Berdasarkan Masalah FASE Tingkah Laku Guru Tahap 1 Guru menjelaskan tujuan Orientasi siswa kepada masalah pembelajaran, menjelaskan logistik yang dibutuhkan, memotivasi siswa untuk terlibat pada aktivitas pemecahan masalah yang dipilihnya. Tahap 2 Guru membantu siswa mendefinisikan Mengorganisasi siswa untuk belajar dan mengorganisasi tugas belajar yang berhubungan dengan masalah tersebut. Tahap 3 Guru mendorong siswa untuk Membimbing penyelidikan individual mengumpulkan informasi yang sesuai, maupun kelompok melaksanakan eksperimen, untuk mendapatkan penjelasan dan pemecahan masalah. Tahap 4 Guru membantu siswa dalam Mengembangkan dan menyajikan merencanakan dan menyiapkan karya hasil karya yang sesuai seperti laporan, video, dan model dan membantu mereka untuk berbagi tugas dengan temannya. Tahap 5 Guru membantu siswa untuk Menganalisis dan mengevaluasi melakukan refleksi atau evaluasi proses pemecahan masalah terhadap penyelidikan mereka dan proses-proses yang mereka gunakan. 4.

Inkuiri atau Belajar Melalui Penemuan Para siswa dapat belajar menggunakan cara berpikir dan cara bekerja para ilmuwan dalam menemukan sesuatu. Tokoh-tokoh dalam belajar melalui penemuan ini antara lain adalah Bruner, yang merupakan pelopor pembelajaran penemuan. Pembelajaran penemuan merupakan suatu model pengajaran yang menekankan pentingnya membantu siswa memahami struktur atau ide kunci dari suatu disiplin ilmu, perlunya siswa aktif terlibat dalam proses pembelajaran, dan suatu keyakinan bahwa pembelajaran yang sebenarnya akan terjadi melalui penemuan pribadi. Tokoh lain adalah Richard Suchman yang mengembangkan suatu pendekatan yang disebut latihan inkuiri. Dengan pengajaran ini guru menyajikan kepada siswa suatu teka-teki atau kejadian-kejadian yang menimbulkan konflik kognitif dan rasa ingin tahu siswa sehingga merangsang mereka melakukan penyelidikan. Sintaks belajar melalui penemuan tidak jauh berbeda dengan langkah-langkah kerja ilmiah yang ditempuh oleh para ilmuwan dalam menemukan sesuatu. Tabel 5 berikut ini adalah sintaks dan tingkah laku guru dalam model belajar melalui penemuan.

168


Tabel 5 Sintaks Model Belajar Melalui Penemuan FASE Tingkah Laku Guru Tahap 1 Guru menyajikan kejadian-kejadian Observasi untuk menemukan atau fenomena yang memungkinkan masalah siswa menemukan masalah. Tahap 2 Guru membimbing siswa merumuskan Merumuskan masalah masalah penelitian berdasarkan kejadian dan fenomena yang disajikannya. Tahap 3 Guru membimbing siswa untuk Mengajukan hipotesis mengajukan hipotesis terhadap masalah yang telah dirumuskannya. Tahap 4 Guru membimbing siswa untuk Merencanakan pemecahan masalah merencanakan pemecahan masalah, (melalui eksperimen atau cara lain) membantu menyiapkan alat dan bahan yang diperlukan dan menyusun prosedur kerja yang tepat. Tahap 5 Selama siswa bekerja guru Melaksanakan eksperimen (atau cara membimbing dan memfasilitasi. pemecahan masalah yang lain) Tahap 6 Guru membantu siswa melakukan Melakukan pengamatan dan pengamatan tentang hal-hal yang pengumpulan data penting dan membantu mengumpulkan dan mengorganisasi data. Tahap 7 Guru membantu siswa menganalisis Analisis data data supaya menemukan sesuatu konsep Tahap 8 Guru membimbing siswa mengambil Penarikan kesimpulan atau kesimpulan berdasarkan data dan penemuan menemukan sendiri konsep yang ingin ditanamkan. Pemanfaatan Media dalam Pembelajaran Penerapan model pembelajaran yang Inovatif akan dpat berjalan dengan baik jika didukung dengan media pembelajaran. Peran media disini sangatlah penting. Kata media sendiri berasal dari bahasa latin yaitu jamak dari kata medium yang secara harfiah berarti perantara atau pengantar. Media adalah perantara atau pengantar pesan dari pengirim ke penerima pesan (Sadiman, 2002: 6) .Secara umum media pembelajaran dalam pendidikan disebut media, yaitu berbagai jenis komponen dalam lingkungan siswa yang dapat merangsangnya untuk berpikir, menurut Gagne (dalam Sadiman, 2002: 6). Sedangkan menurut Brigs (dalam Sadiman, 2002: 6) media adalah segala alat fisik yang dapat menyajikan pesan serta merangsang siswa untuk belajar. Jadi, media merupakan segala sesuatu yang dapat digunakan untuk menyalurkan pesan dari pengirim dan penerima sehingga dapat merangsang pikiran, perasaan, minat dan perhatian sedemikian rupa sehingga proses belajar terjadi (Sadiman, 2002: 6). Berdasarkan pengertian-pengertian yang telah diberikan, maka media pembelajaran merupakan segala sesuatu yang digunakan dalam kegiatan

169


pembelajaran agar dapat merangsang pikiran, perasaan, minat dan perhatian siswa sehingga proses interaksi komunikasi edukasi antara guru (atau pembuat media) dan siswa dapat berlangsung secara tepat guna dan berdayaguna. Hal yang berkaitan dengan media: a. Media berfungsi untuk membangkitkan minat siswa dalam belajar dan menjadikan sesuatu yang abstrak menjadi nyata. b. Media dapat menyajikan informasi belajar secara konsisten dan dapat diulang maupun disimpan menurut kebutuhan. c. Dengan media pembelajaran akan memperlancar interaksi antara guru dengan siswa sehingga kegiatan pembelajaran lebih afektif dan efisien d. Media pembelajaran dapat membantu siswa menyerap materi belajar lebih mandalam dan utuh. Istilah pembelajaran lebih menggambarkan usaha guru untuk membuat belajar para siswanya. Kegiatan pembelajaran tidak akan berarti jika tidak menghasilkan kegiatan belajar pada para siswanya. Kegiatan belajar hanya akan berhasil jika si belajar secara aktif mengalami sendiri proses belajar. Seorang guru tidak dapat mewakili belajar siswanya. Seorang siswa belum dapat dikatakan telah belajar hanya karena ia sedang berada dalam satu ruangan dengan guru yang sedang mengajar. Pekerjaan mengajar tidak selalu harus diartikan sebagai kegiatan menyajikan materi pelajaran. Meskipun penyajian materi pelajaran memang merupakan bagian dari kegiatan pembelajaran, tetapi bukanlah satu-satunya. Masih banyak cara lain yang dapat dilakukan guru untuk membuat siswa belajar. Peran yang seharusnya dilakukan guru adalah mengusahakan agar setiap siswa dapat berinteraksi secara aktif dengan berbagai sumber balajar yang ada. Media pembelajaran adalah media yang digunakan dalam pembelajaran, yaitu meliputi alat bantu guru dalam mengajar serta sarana pembawa pesan dari sumber belajar ke penerima pesan belajar (siswa). Sebagai penyaji dan penyalur pesan, media belajar dalam hal-hal tertentu bisa mewakili guru menyajiakan informasi belajar kepada siswa. Jika program media itu didesain dan dikembangkan secara baik, maka fungsi itu akan dapat diperankan oleh media meskipun tanpa keberadaan guru. 2. Manfaat media pembelajaran Secara umum manfaat media pembelajaran adalah memperlancar interaksi antara guru dengan siswa sehingga kegiatan pembelajaran lebih afektif dan efisien. Sedangkan secara lebih khusus manfaat media pembelajaran adalah: 1 Penyampaian materi pembelajaran dapat diseragamkan Dengan bantuan media pembelajaran, penafsiran yang berbeda antar guru dapat dihindari dan dapat mengurangi terjadinya kesenjangan informasi diantara siswa dimanapun berada. 2. Proses pembelajaran menjadi lebih jelas dan menarik Media dapat menampilkan informasi melalui suara, gambar, gerakan dan warna, baik secara alami maupun manipulasi, sehingga membantu guru untuk menciptakan suasana belajar menjadi lebih hidup, tidak monoton dan tidak membosankan. 3. Proses pembelajaran menjadi lebih interaktif Dengan media akan terjadinya komukasi dua arah secara aktif, sedangkan tanpa media guru cenderung bicara satu arah.

170


4.

Efisiensi dalam waktu dan tenaga Dengan media tujuan belajar akan lebih mudah tercapai secara maksimal dengan waktu dan tenaga seminimal mungkin. Guru tidak harus menjelaskan materi ajaran secara berulang-ulang, sebab dengan sekali sajian menggunakan media, siswa akan lebih mudah memahami pelajaran. 5. Meningkatkan kualitas hasil belajar siswa Media pembelajaran dapat membantu siswa menyerap materi belajar lebih mandalam dan utuh. Bila dengan mendengar informasi verbal dari guru saja, siswa kurang memahami pelajaran, tetapi jika diperkaya dengan kegiatan melihat, menyentuh, merasakan dan mengalami sendiri melalui media pemahaman siswa akan lebih baik. 6. Media memungkinkan proses belajar dapat dilakukan di mana saja dan kapan saja Media pembelajaran dapat dirangsang sedemikian rupa sehingga siswa dapat melakukan kegiatan belajar dengan lebih leluasa dimanapun dan kapanpun tanpa tergantung seorang guru.Perlu kita sadari waktu belajar di sekolah sangat terbatas dan waktu terbanyak justru di luar lingkungan sekolah. 7. Media dapat menumbuhkan sikap positif siswa terhadap materi dan proses belajar Proses pembelajaran menjadi lebih menarik sehingga mendorong siswa untuk mencintai ilmu pengetahuan dan gemar mencari sendiri sumbersumber ilmu pengetahuan. 8. Mengubah peran guru ke arah yang lebih positif dan produktif Guru dapat berbagi peran dengan media sehingga banyak mamiliki waktu untuk memberi perhatian pada aspek-aspek edukatif lainnya, seperti membantu kesulitan belajar siswa, pembentukan kepribadian, memotivasi belajar, dan lain-lain Media adalah segala sesuatu yang dapat menyalurkan informasi dari sumber informasi kepada penerima informasi. Sedangkan pembelajaran adalah usaha guru untuk menjadikan siswa melakukan kegiatan belajar. Dengan demikian media pembelajaran adalah segala sesuatu yang dapat digunakan untuk menyalurkan informasi dari guru ke siswa sehingga dapat merangsang pikiran, perasaan, perhatian dan minat siswa dan pada akhirnya dapat menjadikan siswa melakukan kegiatan belajar. Manfaat media pembelajaran tersebut adalah: penyampaian materi pembelajaran dapat diseragamkan, proses pembelajaran menjadi lebih jelas dan menarik, proses pembelajaran menjadi lebih interaktif, efisiensi dalam waktu dan tenaga, meningkatkan kualitas hasil belajar siswa, memungkinkan proses belajar dapat dilakukan di mana saja dan kapan saja, menumbuhkan sikap positif siswa terhadap materi dan proses belajar serta mengubah peran guru ke arah yang lebih positif dan produktif.

CONTOH MODEL PEMBELAJARAN FISIKA 1. Model Pengajaran Langsung Kompetensi Dasar : 1.1 Mengukur besaran –besaran fisika dengan alat yang sesuai dan mengolah data hasil dengan menggunakan aturan angka penting.

171


Indikator : Mengukur besaran panjang dengan menggunakan jangka sorong dan mikrometer skrup Langkah Pembelajaran: a. Tahap I : Menyampaikan tujuan dan mempersiapkan siswa. b. Tahap 2 : Mendemonstrasikan keterampilan (pengetahuan prosedural) atau mempresentasikan pengetahuan (deklaratif). Mendemonstrasikan keterampilan dengan benar, atau menyajikan informasi tahap demi tahap. Guru menjelaskan bagian-bagian jangka sorong dan mikrometer skrup dan Menunjukan skala jangka sorong dan mikrometer skrup tersebut. c. Tahap 3 : Membimbing pelatihan

Pada Gambar terlihat:

Selain menjelaskan dan mendemonstrasikan dengan benar alat ukur panjang jangka sorong, guru juga mendemonstrasikan alat ukur Mikrometer skrup

172


Selain jangka sorong, mikrometer skrup juga mempunyai skala utama dan skala nonius. Bila selubung luar diputar satu kali, rahang geser dan selubung luar maju atau mundur 0,5 mm. Karena selubung luar memiliki 50 skala. Maka skala nonius memiliki panjang 0,5/50=0,01 mm. Jadi 1 skala utama mikrometer =0,5 mm dan 1 skala nonius mikrometer skrup =0,01 mm. Pada Gambar ditunjukan, skala utama = 9 skala dan skala nonius =43. Panjang benda yang diukur =( sku. 0,5 + skn. 0,01)mm =(9.0,5 +43. 0,01) mm = (4,5 +0,43) mm = 4,93 mm d. Tahap 4 : Mengecek pemahaman dan memberikan umpan balik Meminta siswa untuk melakukan kegiatan : Melakukan pengukuran panjang benda: i. Kelereng lingkaran ii. Balok kecil Menggunakan alat ukur jangkasorong dan mikrometer skrup. e. Tahap 5 : memberikan kesempatan untuk pelatihan lanjutan dan penerapan b. Penemuan Terbimbing Kompetensi Dasar : 1.1 melakukan percobaan yang berkaitan dengan kalor seperti pengukuran kalor jenis atau pengukuran suhu , pemuaian dan perubahan wujud. Indikator : - Menyelidiki pengaruh kalor terhadap perubahan suhu benda - Menyelidiki pengaruh kalor terhadap perubahan wujud zat Langkah Pembelajaran: a. Tahap 1 : Observasi untuk menemukan masalah Menyampaikan fakta bahwa dalam kehidupan sehari-hari kita sering melihat atau mengalami sendiri membeli es krim, jika dibiarkan beberapa saat es krim tersebut akan mencair. Mengapa hal ini terjadi? b. Tahap 2: Merumuskan masalah Guru juga menyampaikan fakta yang mendorong siswa berpikir, yaitu menghadapkan hal-hal yang kontradiksi atau tidak bisa dijelaskan dengan konsep awal siswa 173


c.

d.

Tahap 3 : Mengajukan hipotesis Guru membimbing siswa untuk mengajukan hipotesis terhadap masalah yang telah dirumuskannya. Mengapa es krim dapat mencair ? Tahap 4 : Merencanakan pemecahan masalah (melalui eksperimen atau cara lain) Guru membimbing siswa untuk merencanakan pemecahan masalah, membantu menyiapkan alat dan bahan yang diperlukan dan menyusun prosedur kerja yang tepat. Alat dan bahan yang disiapkan antara lain: 1. Gelas kimia 2. Pembakar spiritus 3. Kaki tiga 4. Kawat kasa 5. Piring kaca yang bening, 6. Es batu. Prosedur kerja: 1. Masukkan es ke dalam gelas kimia, kemudian panaskan dengan pembakar spiritus. Perhatikan gambar di bawah ini

2. Amati perubahan wujud pada es. 3. Setelas es mencair, panaskan air sampai mendidih. Kemudian, dekatkan piring kaca yang bening ke mulut gelas kimia. Perhatikan gambar di bawah ini

4. Amati perubahan wujud pada air. e.

f.

Tahap 5: Melaksanakan eksperimen (atau cara pemecahan masalah yang lain) Selama siswa bekerja guru membimbing dan memfasilitasi. Tahap 6 Melakukan pengamatan dan pengumpulan data 1. Perubahan wujud apa yang terjadi pada es setelah dipanaskan? 2. Perubahan wujud apa yang terjadi pada air setelah dipanaskan?

174


3.

3. Apakah yang terlihat pada permukaan piring yang didekatkan di mulut gelas kimia? g. Tahap 7 :Analisis data Guru membantu siswa menganalisis data supaya menemukan sesuatu konsep h. Tahap 8: Penarikan kesimpulan atau penemuan Guru membimbing siswa mengambil kesimpulan berdasarkan data dan menemukan sendiri konsep yang ingin ditanamkan Model Pembelajaran Berbasis Masalah Kompetensi Dasar : 2.1 Menganalisis besaran fisika pada gerak dengan kecepatan dan percepatan konstan. Indikator : Menganalisis besarnya percepatan gravitasi bumi menggunakan percobaan Gerak Jatuh bebas Langkah- langkah inti pembelajarannya : Tahap 1 : Orientasi siswa kepada masalah Guru menjelaskan tujuan pembelajaran, memberikan masalah yang berkaitan dengan percepatan gravitasi bumi diberbagai tempat. Menjelaskan tentang alat yang dibutuhkan dalam memecahkan masalah tersebut meliputi stopwatch, bandul beton, tali dan meteran. Tahap 2 : Mengorganisasikan siswa Guru membantu siswa mengorganisasikan tugas belajar yang berkaitan dengan pengukuran percepatan gravitasi bumi melalui percobaan gerak jatuh bebas. Tahap 3 : Membimbing penyelidikan kelompok Guru mendorong siswa untuk melaksankan eksperimen yang berguna untuk memecahkan masalah. Masalah pengukuran percepatan gravitasi bumi akan diselesaikan dengan eksperimen diluar kelas/sekolah dengan percobaan gerak jatuh bebas dari tempat yang mempunyai ketinggian berbeda ( 10 m sd 20 m ) Tahap 4: Mengembangkan dan menyajikan hasil karya Guru membantu siswa dalam merencanakan dan menyiapkan karya yang sesuai seperti laporan, video, dan model dan membantu mereka untuk berbagi tugas dengan temannya Tahap 5: Menganalisis dan mengevaluasi proses pemecahan masalah Guru membantu siswa untuk melakukan refleksi atau evaluasi terhadap penyelidikan mereka dan proses-proses yang mereka gunakan.

Contoh Model- Model Pembelajaran Biologi di SMA 1. Penemuan Terbimbing Kompetensi Dasar : Merumuskan konsep keanekaragaman hayati melalui kegiatan pengamatan terhadap lingkungan sekitar. Indikator : 1. Menunjukkan adanya keseragaman dan keanekaragaman makhluk hidup 2. Menjelaskan hubungan antara keseragaman, keanekaragaman organ dengan klasifikasi makhluk hidup 3. Membandingkan bentuk kaki dan bentuk sayap serangga yang memiliki habitat berbeda

175


4. Menganalisis hubungan antara bentuk mulut serangga dengan jenis makanan dan cara makannya. Langkah Pembelajaran: a. Tahap Eksplorasi : Menyampaikan fakta bahwa dalam kehidupan manusia sehari-hari selalu berhadapan dengan serangga/ Insecta. Kemudian mengajukan pertanyaan pada siswa tentang : Apa yang kalian maksud dengan serangga (Konsep awal siswa). Selanjutnya menyampaikan fakta/ fenomena yang mendorong siswa berpikir, yaitu menghadapkan hal-hal yang kontradiksi atau tidak bisa dijelaskan dengan konsep awal siswa Misalnya siswa dihadapkan pada gambar : kemudian ditanya mana yang serangga dan mana yang bukan, Mengapa itu yang kalian sebut seranga

Bila jawaban siswa: karena memiliki sayap. Maka ditayangkan gambar berikutnya : dan ditanya hewan ini punya sayap, apakah ini juga serangga?

Bila jawaban siswa : karena memiliki sungut atau antena, maka ditayangkan hewan berikutnya : dan ditanyakan hewan ini punya sungut/ antena apakah ini juga serangga ?

b. Tahap Elaborasi : Meminta siswa untuk melakukan kegiatan : - Mengumpulkan tentang serangga yang ditemui di lingkungan sekitar (di perairan, di dalam tanah, dan yang berterbangan di udara ) - Melalukan pengamatan, mengkaji pustaka dan berdiskusi dalam kelompok untuk menjawab pertanyaan : i. Berapa macam serangga yang mempunyai bentuk kaki sama ii. Berapa macam serangga yang mempunyai bentuk sayap sama iii. Berapa macam serangga yang mempunyai bentuk mulut sama 176


iv. Ordo apa saja yang dapat dikumpulkan v. Bagaimana analisa anda tentang bentuk kaki, bentuk mulut dan bentuk sayap dalam hubungannya dengan fungsi, makanan dan habitat. c. Tahap Aplikasi : Menghadapkan pada siswa hewan ( bisa lewat gambar atau lewat obyek langsung ) yang : i. lain jenisnya dengan serangga yang terkumpul ii. bukan serangga tetapi mirip serangga. Kemudian siswa diminta : i. mengidentifikasi apakah hewan-hewan tersebut juga serangga ii. memprediksi bentuk makanan dan cara makannya. Misalnya dihadapkan pada beberapa hewan berikut :

2. Pembelajaran Berbasis Masalah Kompetensi Dasar : Mendeskripsikan proses katabulisme dan anabulisme karbohidrat Indikator : • Menjelaskan pengaruh enzim pada proses metabulisme karbohidrat • Membuktikan adanya proses metabulisme karbohidrat • Membandingkan metabulisme pada sel dengan komposisi kimia yang berbeda-beda Pembelajaran dapat mengikuti langkah-langkah sbb : • Guru menyampaikan permasalah/ pertanyaan : - Mengapa buah pisang pada waktu dipetik dari pohonnya (masih mentah) tidak manis tetapi setelah beberapa hari dibiarkan rasanya menjadi manis - Apakah semua buah akan mengalami seperti buah pisang tersebut ? • Guru menggali pengalaman siswa guna memecahkan masalah sekaligus membangun konsep dengan cara mengemukakan pertanyaan : o Manis ciri khas dari apa ? (Jawaban yang diharapkan adalah gula) o Gula itu merupakan karbohidrat sederhana atau karbohidrat komplek? (Jawaban yang diharapkan adalah Karbohidrat sederhana atau monosacharida)

177


o Karbohidrat sederhana / monosacharida merupakan penguraian dari karbohidrat komplek (polisacharida). Kalau karbohidrat komplek yang terdapat pada buah iti apa ? ( Jawaban yang diharapkan adalah amilum) • Untuk memantapkan konsep siswa diajak melakukan pengujian kandungan amilum maupun gula pada pisang yang masih mentah maupun pisang yang sudah matang. Pengujian amilum menggunakan tes Lugol, sedang pengujian kandungan gula menggunakan tes Benedict. Tahap pengujiannya : o Ambil satu sisir pisang yang masih mentah, petik 1 buah dan lakukan uji kandungan amilum dan gula o Sisa pisang dibiarkan masak, setiap 2 hari sekali dilakukan pengujian kandungan amilum dan gula • Pengetahuan yang diperoleh tersebut dapat digunakan/ diaplikasikan untuk menjawab permasalah tentang : o Apakah semua buah akan mengalami perubahan seperti buah pisang ?. 3. Cooperative Learning ( Pembelajaran Kooperatif) Diantara berbagai tipe pembelajaran kooperatif yang sering digunakan dalam pembelajaran biologi ialah : a). Picture and Picture Merupakan pembelajaran kooperatif dengan menggunakan bantuan media gambar. dengan alternative kegiatan : mengidentifikasi, mengklasifikasi, menganalisis atau membandingkan. Kompetensi Dasar : Menjelaskan keterkaitan antara proses pembelahan mitosis dan meiosis dengan pewarisan sifat Indikator : - Mengklasifikasikan macam-macam pembelahan sel - Mengidentifikasi masing-masing tahap pembelahan sel - Membandingkan ciri khas pembelahan sel secara mitosis dan meiosis Langkah- langkah inti pembelajarannya : • Seminggu sebelum pembelajaran materi tsb siswa diminta membaca buku sumber dulu • Guru menggali pengetahuan awal siswa : dengan mengajukan pertanyaan dan mengarahkan untuk masuk pada pembahasan materi: o Unit dasar makhluk makhluk hidup adalah sel. Dalam proses pertumbuhan tubuhnya proses apa yang dialami oleh sel penyusunnya? o Kalian secara sepintas sudah mengetahui bahwa pembelahan sel pada tubuh makhluk hidup multi sel dapat dibedakan antara pembelahan mitosis dan meiosis. o Untuk memahami lebih detail bagaimana proses/ tahapan masingmasing pembelahan tersebut, kalian bekerja dalam kelompok masing-masing 5 siswa. • Guru membagikan 1 paket kartu bergambar setiap kelompok (meliputi tahap-tahap pembelahan sel secara mitosis dan meiosis yang perlu diidentifikasi dan diurutkan )

178


Contoh kartu gambarnya adalah : A B

C

D

• Siswa mengurutkan gambar dan hasilnya dipresentasikan • Guru mempersilahlan siswa lain untuk menanggapi • Guru mengajukan pertanyaan untuk membimbing siswa menemukan konsep (Apa persamaan dan perbedaan antara proses pembelahan sel secara mitosis dan meiosis) • Menarik kesimpulan b). Jigsaw : Merupakan pembelajaran kooperatif yang memberikan kesempatan pada siswa berdiskusi/ berpikir untuk menjadikan dirinya seorang ahli. Kompetensi Dasar : Mendeskripsikan peran ekosistem dalam aliran energi dan daur biogeokimia serta pemanfaatan komponen ekosistem bagi kehidupan. Indikator : - Menjelaskan daur karbon dan Oksigen - Menjelaskan daur Nitrogen - Menjelaskan daur Air atau hidrogen - Menjelaskan daur Phospor dan Sulfur Langkah- langkah inti pembelajarannya : • Pembentukan kelompok (disebut kelompok asal) yang terdiri atas 4 - 6 siswa • Pemberian tugas/materi yang sama untuk tiap kelompok ( misalnya mempelajari buku hal ..... tentang daur biogeokimia • Membagikan 1 set soal untuk masing-masing kelompok, Jumlah soal sama dengan jumlah siswa dalam kelompok ( misalnya untuk kelompok yang terdiri dari 4 siswa ada soal tentang : daur karbon dan oksigen, daur nitrogen, daur air, daur phospor dan sulfur) • Setiap siswa dalam kelompok bertanggung jawab menjawab 1 soal, jawaban soal ditulis dalam potongan kertas • Siswa yang bertugas menjawab soal yang sama bergabung membentuk kelompok baru ( kelompok Ahli), Dengan demikian ada kelompok C dan O, N, H20, P dan S. Setiap kelompok berdiskusi menyempurnakan jawabannya. Dalam diskusi setiap siswa harus yakin bahwa ia menguasai apa yang dibahas, karena masing-masing nantinya berperan sebagai ahli untuk masalah tersebut. • Masing-masing siswa kembali ke kelompok asalnya, dan bertugas menginformasikan hasil diskusi dalam kelompok ahlinya. • Setiap kelompok mendapat tugas mempresentasikan materi yang berbeda, (penentuan materi setiap kelompok disesuaikan dengan

179


kelompok ahli) sehingga perlu mendiskusikan gagasan pokok yang akan dipresentasikan dan peran masing-masing anggota kelompok • Menarik kesimpulan Media : Untuk memperlancar pelaksanaan pembelajaran dapat digunakan media yang meliputi : - Kartu Kelompok Asal - Kartu Soal (untuk memudahkan pembentukan kelompok ahli, warna atau model kartu setiap nomor soal berbeda, sehingga dalam pembentukan kelompok ahli cukup mengatakan yang mendapat kartu merah berkumpul dengan merah dst) Contoh: Kartu Kelompok Asal Contoh: Kartu soal

c). Think Pair Share : Belajar berkelompok yang diawali dengan pemecahan masalah secara berpasangan kemudian dilanjutkan dalam kelompok yang lebih besar untuk berbagi hasil belajar yang telah didapat sebelumnya, sehingga hasil akhir merupakan sistesa/ generalisasi dari perolehan masing-masing anggota kelompok. Kompetensi Dasar : Mendeskripsikan ciri-ciri devisio dalam dunia tumbuhan dan peranannya bagi kelangsungan hidup di bumi. Indikator : - Menjelaskan dasar- dasar klasifikasi dunia Plantae - Mendeskripsikan ciri- ciri tumbuhan Bryophyta dan Pteridophyta - Menjelaskan metagenesis pada tumbuhan Lumut dan Tumbuhan Paku Langkah-langkah inti pembelajarannya : • Secara individual siswa diminta berpikir tentang suatu konsep yang akan dibahas ( Guru membagi 1 set kartu konsep yang berkaitan dengan tumbuhan lumut dan tumbuhan paku) Siswa diminta berpasangan dengan teman sebelahnya untuk menyusun peta konsep. • Siswa diminta berkelompok 4 orang (bergabung dengan pasangan yang alin), selanjutnya diminta berbagi jawaban serta menambahkan jawaban bila jawaban dari temannya kurang lengkap • Setiap kelompok mendapat nomer masing- masing dan secara acak guru memanggil salah satu nomor untuk mempresentasikan jawabannya • Guru mempersilahkan kelompok lain untuk menanggapinya • Menarik kesimpulan 4). Team Games Tournament : Merupakan pembelajaran kooperatif dengan cara bertanding dalam kelompok, sehingga siswa yang mendapat skor tertinggi adalah pemenangnya. Kompetensi Dasar : Mengidentifikasi organel sel tumbuhan dan sel hewan

180


Indikator : • Mendeskripsikan macam dan fungsi organel sel • Mengelompokkan organel sel yang khusus terdapat pada sel hewan dan sel tumbuhan • Mendeskripsikan organel khas pada sel hewan dan sel tumbuhan Langkah-langkah inti pembelajarannya : • Pembentukan kelompok yang terdiri dari 4 siswa dan setiap kelompok membentuk meja turnamen • Setiap kelompok mendapat 1 set kartu tanda peran yang meliputi kartu : Reader 1, Penantang 1, Reader 2 dan Penantang 2. Siapa yang berperan atas kartu masing-masing dalam putaran pertama diserahkan pada masing-masing kelompok. Selanjutnya kartu peran diletakkan diatas meja turnamen dihadapan masing-masing pemerannya • Setiap kelompok mendapat 1 set kartu soal dan 1 set kartu jawaban dalam keadaan tertutup ( masing masing kartu dibagian belakangnya diberi nomor yang sesuai antara soal dan jawaban), serta lembar penilaian. Contoh kartu soal kartu jawaban dan lembar penilaian terlampir. • Dalam putaran pertama Reader 1 mengambil kartu soal dan selanjutnya menjawabnya • Mempersilahkan pada penantang 1 bila penantang 1 merasa jawaban Reader 1 belum sempurna. • Selanjutnya penantang 2 dipersilahkan untuk menyanggah/ membetulkan jawaban bila jawaban reader 1 atau penantang 1 dirasa belum benar. • Reader 2 membacakan kartu jawaban yang benar dengan cara mengambil nomor jawaban yang sesuai dengan nomor soal. • Reader 2 memberi skor atas jawaban siswa sesuai dengan proporsi/ tingkat kebenarannya ( Maksimal jumlah skor reader 1 + skor penantang 1 + skor penantang 2 = 10 atau 100) • Putaran ke dua dan seterusnya dilakukan dengan mengeser kartu peran searah jarum jam, sehingga yang semula berperan sebagai penantang 1 sekarang sebagai reader 1, yang semula penantang 2 sekarang penantang 1 dst) • Permainan dinyatakan selesai bila seluruh soal sudah terambil atau waktu yang ditentukan sudah habis. • Guru mengumumkan siswa yang mendapat skor tertinggi Media yang digunakan : - Kartu tanda pemain - Kartu tanda peran - Kartu Soal - Kartu Jawab - Kartu Skoring

181


Contoh : Kartu Tanda Pemain

Kartu tanda peran, Soal & Jawaban

4. Pembelajaran Langsung : Kompetensi Dasar : Menerapkan prinsip hereditas dalam mekanisme pewarisan sifat Indikator : - Menjelaskan pengertian fenotig dan Genotif - Menentukan Fenotif dan Genotif seseorang - Menggunakan cakram genetik untuk menentukan nomor genetik - Menerapkan kaidah hukum Mendell Kegiatan Inti Pembelajaran : - Tanya jawab tentang bisakah kita mengidentifikasi orang tua dengan mengamati sifat anak ? untuk menggali lebih dalam : – Ditunjukkan beberapa foto anak dan beberapa foto orang tua (siswa diminta mengidentifikasi Anak berkode I bapaknya yang mana begitu juga anak II, III dan IV) – Ditanya dari segi apanya yang digunakan sebagai dasar Contoh foto ayah : A B C C

Contoh foto anak : I

II

III

182

IV


- Berdasar jawaban siswa guru mengenalkan konsep fenotif, genotif dan hukum Mendell - Siswa diminta latihan mengidentifikasi fenotif diri sendiri dan menentukan nomor genetiknya berdasarkan cakram genetik. Contoh cakram genetik adalah :

- Berdasarkan konsep yang telah dipahami siswa diminta menerapkan konsep tersebut untuk menentukan : - variasi genotif orang yang memiliki no genotif yang sama dengan dirinya - kemungkinan genotif dan fenotif keturunan bila dirinya menikah dengan orang yang bernomor genetik sama tetapi bergenotif berbeda Daftar Referensi Arends, R. I., Wenitzky, N. E., & Tannenboum, M. D. 2001. Exploring teaching: Anintroduction to education. New York: McGraw-Hill Companies. Arief S Sadiman, Dr. dkk. 2003. Media Pendidikan. Jakarta: PT Raja Grasindo Persada Brooks, J.G. & Martin G. Brooks. 1993. In search of understanding: The case for constructivist classrooms. Virginia: Association for Supervision and Curriculum Development. Burden, P. R., & Byrd, D. M. 1996. Method for effective teaching, second edition. Boston: Departemen Pendidikan Nasional, 2006, Kurikulum Sekolah Menengah Pertama (SMP) Panduan Pengembangan Rencana Pelaksanaan Pembelajaran (RPP) Sekolah Menengah Pertama (SMP) Mata Pelajaran Ilmu Pengentahuan Alam, Depertemen Pendidikan Nasional, Jakarta. Ibrahim, M., Fida R., Mohamad Nur dan Ismono, 2005, Pembelajaran Kooperatif, Surabaya: PSMS UNESA. Ibrahim, M., dan M..Nur, 2005, Pembelajaran Berdasarkan Masalah, Surabaya: PSMS UNESA

183


Indrawati. 2009. Pembelajaran Aktif, Kreatif, Efektif, dan menyenangkan. Bandung: PPPG IPA Joyce, B and Weil, M. 1992. Models of Teaching, New Jarsey: Prentice Hall Kardi, S., dan M.Nur, 2004, Pengajaran Langsung, Surabaya: PSMS UNESA Levin, T. & Long, R. 1981. Effective instruction. Alexandria, VA: Association for Supervision and Curriculum Development. Rosenshine, B. 1979. Content, time, and direct instruction. In P. Peterson & H. Walberg (eds.), Research on teaching:Concepts, findings, and implications. Berkeley, C.A:Mc-Cutchan. Yulaelawati, E. (2004). Kurikulum dan Pembelajaran. Filosofi, teori dan aplikasi. Bandung.

184

MODUL 3

CONTOH PTK

FISIKA

PLPG Rayon 138: Panduan PLPG

DAFTAR ISI MODUL 3 CONTOH PTK Kegiatan Penyusunan Proposal PTK .............................................................. Format Proposal Penelitian Tindakan Kelas ................................................... Lampiran 1: Instrumen Penilaian Proposal ..................................................... Lampiran 2 : Contoh Proposal PTK ................................................................ Lampiran 3: Contoh Karya Tulis Ilmiah .........................................................

PLPG Rayon 138: Contoh PTK

PELAKSANAAN WORKSHOP PENYUSUNAN PROPOSAL PENELITIAN TINDAKAN/PENELITIAN TINDAKAN KELAS Kegiatan Penyusunan Proposal PTK Proposal Penelitian Tindakan Kelas (PTK) merupakan suatu perencanaan kegiatan penelitian sebagaimana yang terdapat dalam diagram berikut:

Identifikasi Masalah (Refleksi Awal)

Tujuan/

Perumusan Masalah

Indikator Keberhasilan.

Perencanaan Tindakan

Kajian Teori dan Empiris

Hipotesis Tindakan

Pelaksanaan Tindakan dan Observasi

Analisis Data

Indikator Keberhasilan Belum Tercapai

Refleksi

Tercapai

STOP atau Pemantapan

PENELITIAN TINDAKAN KELAS26

Untuk dapat menyusun sebuah rencana PTK, langkah-langkah berikut dapat digunakan sebagai salah satu aktivitas yang baik, yakni: a. Menentukan fokus PTK dan Mengidentifikasi Masalah. PTK berawal dari pengalaman pembelajaran yang konkrit di dalam kelas yang dikelola oleh guru (peneliti). Untuk itu refleksi yang mendalam terhadap pengalaman pembelajaran akan membantu guru (peneliti) mengembangkan fokus PTK sehingga dapat diidentifikasi masalah dalam pembelajaran yang dapat dipecahkan melalui PTK. Jadi masalah PTK bukan dihasilkan dari kajian teoretik. Langkah-langkah yang dapat ditempuh adalah: a. Identifikasi isu-isu atau topik-topik dalam pembelajaran yang menurut anda bermasalah. b. Identifikasi apakah ada kesenjangan kinerja (gap perfomance) antara yang diharapkan terjadi dan yang senyatanya terjadi. c. Nyatakan isu itu sebagai suatu masalah. d. Rumuskan masalah itu dalam bentuk pertanyaan e. Deskripsikan apa yang diharapkan dapat diperoleh (dinyatakan dalam berbagai indikator) dengan meneliti masalah itu.

211


Tugas 1: Berdasarkan pengalaman anda dalam melaksanakan pembelajaran, a. Deskripsikan sebuah isu dalam pembelajaran yang menurut anda bermasalah. b. Rumuskan isu tersebut sebagai sebuah rumusan masalah PTK. c. Deskripsikan tujuan PTK tersebut. d. Identifikasi indikator-indikator keberhasilan bila masalah dapat diatasi b. Mengkaji Literatur untuk mengidentifikasi Alternatif Tindakan. Setelah masalah dirumuskan dengan jelas, guru (peneliti) melakukan kajian terhadap berbagai literatur yang relevan dengan permasalahan yang telah dirumuskan. Sangat mungkin guru (peneliti) telah memiliki berbagai alternatif tindakan untuk mengatasi permasalahan. Namun demikian alternatif tindakan yang akan dipilih akan lebih dipertanggung jawabkan bila bersandar pada suatu kerangka berpikir yang jelas. Untuk meletakkan kerangka berpikir yang jelas dan relevan dengan sebuah rencana tindakan yang dipilih, maka diperlukanlah sebuah kajian literatur yang relevan dengan permasalahan yang akan dipecahkan. Hal ini dilakukan agar PTK yang dilakukan tidak lain adalah sebuah aktivitas keilmuan sehingga dapat dipertanggungjawabkan secara ilmiah pula. Langkah-langkah yang dapat dilakukan antara lain: a. Identifikasi poin-poin penting yang terkait dengan masalah dan telusuri literatur yang relevan b. Susun hipotesis tindakan, yang mengindikasikan dugaan perbaikan yang bakal terjadi jika suatu tindakan dilakukan. c. Analisis kelayakan hipotesis tindakan agar kesenjangan kinerja dapat dijembatani, daya dukung (fasilitas, guru) dan kondisi siswa memungkinkan untuk melaksanakan tindakan. Tugas 2: Berdasarkan masalah yang telah anda rumuskan a. Identifikasi point-poin penting dalam literatur yang terkait dengan masalah. b. Tentukan satu atau beberapa alternatif tindakan yang akan dilaksanakan c. Analisis kelayakan pelaksanaan tindakan, apakan pilihan tindakan dapat dilaksanakan dengan dukungan sumber daya, dana dan fasilitas yang ada? c.

Merencanakan Tindakan. Berdasarkan gambaran masalah dan identifikasi poin penting dalam menentukan rencana tindakan, rencanakan suatu tindakan secara lebih terperinci. Dalam PTK Langkah-langkah yang dapat dilakukan antara lain: Menyusun sebuah rencana tindakan secara rinci termasuk langkah-langkah yang diperlukan. Hal yang harus dipersiapkan meliputi i. skenario tindakan dengan langkah urutan yang terperinci ii. indikator yang ingin diamati beserta kriteria keberhasilan yang terkait dengan penyelesaian masalah 212


iii. iv. v.

data-data yang harus dikumpulkan untuk menentukan ketercapaian indikator instrumen pengumpul data yang diperlukan metode analisis data yang akan dipakai.

Pada umumnya PTK melibatkan dua siklus tindakan. Siklus pertama merupakan alternatif tindakan untuk menyelesaikan masalah PTK. Bila dengan satu siklus masalah sudah dapat diatasi, maka siklus kedua merupakan siklus yang serupa untuk menguji apakah masalah memang telah dapat diatasi dengan tindakan yang dirancang. Bila dalam sikuls pertama masalah PTK belum dapat diatasi, maka berdasarkan hasil pada siklus pertama dan refleksi terhadap pelaksanaan tindakan yang telah dilakukan, perlu disusun suatu rencana tindakan perbaikan. Tugas 3: Berdasarkan gambaran masalah dan identifikasi poin penting dalam literatur, deskripsikan alternatif tindakan yang akan anda lakukan dalam pembelajaran agar masalah itu teratasi yang meliputi: a. skenario tindakan dengan langkah urutan yang terperinci b. indikator beserta kriteria keberhasilannya c. data-data yang diperlukan d. instrumen yang diperlukan e. metode analisis data yang akan dipakai. Sampai disini, anda telah cukup lengkap mengkaji masalah dan merencanakan tindakan yang akan dilakukan dalam PTK. Selanjutnya tuangkan hal-hal tersebut dalam bentuk Proposal PTK. Format Proposal Penelitian Tindakan Kelas Format Proposal PTK biasanya berisi antara lain: A. Sampul Usulan Penelitian B. Halaman Pengesahan C. Pendahuluan D. Rumusan Masalah dan Pemecahannya E. Tujuan Penelitian F. Manfaat Hasil Penelitian G. Kajian Pustaka H. Prosedur Penelitian I. Jadwal Penelitian J. Biaya Penelitian K. Personalia Penelitian L. Daftar Pustaka M. Lampiran-Lampiran: 1. Instrumen Penelitian 2. Curriculum Vitae semua peneliti

213


Deskripsi dari tiap-tiap komponen di atas adalah sebagai berikut. A. Sampul Usulan Penelitian Cukup jelas. Biasanya memuat Judul Penelitian, Nama pengusul dan lembaga pengusul. B. Halaman Pengesahan Halaman pengesahan memuat: 1. judul penelitian, 2. mata pelajaran dan bidang kajian, 3. identitias ketua peneliti, 4. nama anggota penelitia, 5. waktu penelitian, 6. biaya penelitian Halaman pengesahan ini ditandatangani oleh Ketua Penelti dan diketahui Kepala Sekolah. C. Judul Penelitian Judul hendaknya singkat (maksimal 20 kata); spesifik; cukup jelas menggambarkan masalah yang akan diteliti, tindakan untuk mengatasi masalah, dan tempat penelitian. D. Pendahuluan Masalah yang diteliti harus bersifat penting dan mendesak untuk dipecahkan, serta dapat dilaksanakan dilihat dari segi ketersediaan waktu, biaya dan daya dukung lainnya yang dapat memperlancar penelitian tersebut. Identifikasi masalah penelitian disertai dengan data pendukung, selanjutnya masalah dianalisis untuk menentukan akar penyebab masalah. E. Rumusan Masalah dan Pemecahannya 1. Rumusan Masalah Masalah penelitian dirumuskan dalam bentuk rumusan penelitian tindakan kelas, menggunakan kalimat tanya. Masalah perlu dijelaskan secara operasional dan ditetapkan lingkup penelitiannya. 2. Pemecahan Masalah Alternatif tindakan yang dapat dilakukan untuk memecahkan masalah perlu diidentifikasi. Argumentasi logis terhadap pilihan tindakan yang akan dilakukan untuk memecahkan masalah (misalnya: karena kesesuaiannya dengan masalah, kemutakhirannya, keberhasilannya dalam penelitian sejenis, dll) perlu disajikan. Cara pemecahan masalah ditentukan berdasarkan ketepatannya dalam mengatasi akar penyebab permasalahan dan dirumuskan dalam bentuk tindakan (action) yang jelas dan terarah. Hipotesis tindakan dikemukakan bila diperlukan. Indikator keberhasilan tindakan harus realistik (mempertimbangkan kondisi sebelum diberikan tindakan) dan dapat diukur (jelas cara asesmennya). F. Tujuan Penelitian Tujuan penelitian dirumuskan secara singkat dan jelas berdasarkan permasalahan dan cara pemecahan masalah yang dikemukakan. G. Manfaat Hasil Penelitian Manfaat hasil penelitian khususnya untuk perbaikan kualitas pendidikan dan/atau pembelajaran diuraikan secara jelas. Perlu juga dikemukakan manfaatnya bagi siswa, guru, komponen pendidikan terkait di sekolah. 214


H. Kajian Pustaka Kajian teoretis dan empiris (hasil penelitian terdahulu yang relevan) dikemukakan sebagai landasan pemilihan tindakan. Uraian ini digunakan sebagai dasar penyusunan kerangka berpikir yang menunjukkan keterkaitan antara masalah, teori, hasil penelitian terdahulu yang relevan, dan pilihan tindakan. Kerangka berpikir tersebut dapat digambarkan dalam bentuk bagan, diagram, uraian argumentatif, atau bentuk penyampaian lainnya. I. Prosedur Penelitian 1. Subjek penelitian ( siswa sekolah tempat penelitian). 2. Waktu dan lamanya tindakan dikemukakan secara rinci sesuai dengan banyaknya siklus yang direncanakan. 3. Tempat penelitian dikemukakan secara jelas. 4. Prosedur/langkah-langkah penelitian tindakan kelas yang akan dilakukan diuraikan secara rinci dari perencanaan, pelaksanaan tindakan, observasi, evaluasi-refleksi untuk setiap siklus. a. Perencanaan tindakan menggambarkan secara rinci hal-hal yang perlu dilakukan sebelum pelaksanaan tindakan (seperti: penyiapan perangkat pembelajaran berupa skenario pembelajaran, media, bahan dan alat, instrumen observasi, evaluasi, dan refleksi). b. Pelaksanaan tindakan berisi uraian tahapan-tahapan tindakan yang akan dilakukan oleh peneliti maupun siswa dalam pembelajaran. c. Observasi menggambarkan objek amatan, cara pengamatannya dan metode analisis data yang akan untuk mengolah data. d. Tahap evaluasi menguraikan cara dan hasil asesmennya. Selanjutnya dalam tahap refleksi diuraikan prosedur, alat, pelaku, sumber informasi, dan cara analisisnya. Dalam PTK, satu siklus terdiri atas perencanaan, pelaksanaan tindakan, observasi, evaluasi dan refleksi. Siklus-siklus kegiatan penelitian dirancang berdasarkan tingkat pencapaian indikator keberhasilan dalam setiap siklus. Untuk memantapkan hasil tindakan, tiap-tiap siklus dilaksanakan dalam beberapa kali pertemuan. Observasi terhadap proses dilakukan secara terusmenerus oleh guru dan dosen selama proses penelitian. Guru dapat saling berganti peran: pada suatu saat dapat sebagai pengajar dan pada saat yang lain sebagai pengamat. Dalam rencana pelaksanaan tindakan pada setiap tahapan hendaknya digambarkan peranan dan intensitas kegiatan masing-masing anggota peneliti, sehingga tampak jelas tingkat dan kualitas kolaborasi dalam penelitian tersebut. J. Jadwal Penelitian Jadwal kegiatan penelitian yang meliputi perencanaan, persiapan, pelaksanaan monitoring, seminar dan penyusunan laporan hasil penelitian. Jadwal penelitian biasanya dalam bentuk Grantt Chart. K. Biaya Penelitian Cukup jelas L. Personalia Penelitian Memuat nama-nama yang terlibat di dalam penelitian M. Daftar Pustaka Daftar Pustaka dituliskan secara konsisten dan alphabetis sesuai dengan salah satu model baku. Sumber yang dicantumkan dalam Daftar Pustaka hanya 215


yang benar-benar dirujuk di dalam naskah. Semua sumber yang dirujuk di dalam naskah harus dicantumkan di dalam Daftar Pustaka. Daftar Pustaka dapat bersumber pada buku, jurnal, majalah dan internet. Daftar Pustaka ditulis menurut tata cara sebagai berikut. 1. Buku Nama pengarang. (tahun terbit). judul buku (cetak miring). edisi buku. kota penerbit: nama penerbit. (model American Psychology Association – APA edisi kelima). Contoh: Wiersma, W. (1995). Research Methods in Education: An Introduction. Boston: Allyn and Bacon. 2. Artikel/Bab dalam suatu Buku: Nama pengarang. (tahun terbit). judul artikel. In/dalam nama editor (Ed.). judul buku (cetak miring). Edisi. nama penerbit, kota penerbit, halaman Contoh: Schoenfeld, A.H., (1993). On Mathematics as Sense Making: An Informal Attack on the Unfortunate Divorce of Formal and Informal Mathematics, in J.F. Voss., D.N. Perkins & J.W. Segal (Eds.). Informal Reasoning and Education. Hillsdale. NJ: Erlbaum, pp. 311-344. 3. Artikel dari Jurnal Nama pengarang, tahun, judul artikel, nama jurnal (cetak miring), volume jurnal, halaman. Contoh: Mikusa, M.G. & Lewellen, H., (1999). Now Here is That, Authority on Mathematics Reforms, The Mathematics Teacher, 92: 158-163. 4. Majalah Nama pengarang, tahun, judul artikel, nama majalah (cetak miring) volume terbitan, nomor terbitan, halaman. Contoh: Ross, D., (2001). The Math Wars, Navigator, Vol 4, Number 5, pp. 2025. 5. Internet Nama pengarang, tahun, judul (cetak miring), alamat website, tanggal akses. Contoh: Wu, H.H., (2002). Basic Skills versus Conceptual Understanding: A Bogus Dichotomy in Mathematics Education. Tersedia pada http://www.aft.org/publications. Diakses pada tanggal 11 Februari 2006.

216


Lampiran 1: Instrumen Penilaian Proposal Instrumen Penilaian Proposal Penelitian Tindakan/Penelitian Tindakan Kelas Judul Penelitian : __________________________________________________

-

__________________________________________________ __________________________________________________ Pengusul a. Nama Pengusul : _________________________ b. No. Peserta : _________________________ No Kriteria 1 Judul

2

3

4 5 6

7

8 9 10

Acuan Skor Maksimum 20 kata, jelas menggambarkan 5 masalah yang diteliti, tindakan untuk mengatasi masalah, hasil yang diharapkan, dan tempat penelitian Pendahuluan a. Keberadaan masalah nyata, jelas, dan 5 mendesak b. Penyebab masalah jelas 5 c. Masalah dan penyebabnya diidentifikasi 5 secara jelas Perumusan dan a. Rumusan masalah dalam bentuk rumusan 5 Pemecahan masalah PT/PTK masalah b. Bentuk tindakan untuk memecahkan 5 masalah sesuai dengan masalah c. Secara jelas tampak indikator keberhasilan 5 Tujuan Sesuai dengan rumusan masalah 5 Manfaat Jelas manfaat hasil penelitiannya 5 Kajian Pustaka a. Relevan antara poin-poin yang dikaji 5 dengan permasalahan b. Jelas kerangka berpikir penelitiannya 10 Metode Penelitian a. Jelas subyek, tempat, dan waktu (setting) 5 penelitian b. Ada perencanaan rinci langkah-langkah 10 (skenario)PT/PTK c. Jelas dan tepat siklus-siklusnya 5 d. Kriteria keberhasilan 5 Jadwal Penelitian Jelas jadwal penelitiannya dalam bentuk Grantt 5 Chart Daftar Pustaka Penulisan Daftar pustaka sesuai Ketentuan 5 Penggunaan Menggunakan bahasa baku 5 Bahasa Jumlah 100 217


Lampiran B: Contoh Proposal PTK

PROPOSAL PENELITIAN TINDAKAN KELAS

PENINGKATKAN MOTIVASI DAN PRESTASI BELAJAR SISWA MELALUI PENDEKATAN CTL BERBASIS MULTIMEDIA PADA PEMBELAJARAN DI SMA BANGUNHARJO YOGYAKARTA

oleh: Dewi Sartika, S.Pd.

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL SMA BANGUNHARJO YOGYAKARTA 2010/2011 218


Lembar Pengesahan PROPOSAL PENELITIAN TINDAKAN KELAS 1

Judul Penelitian Peningkatkan Motivasi Dan Prestasi Belajar Siswa Melalui Pendekatan CTL Berbasis Multimedia Pada Pembelajaran Di SMA Bangunharjo Yogyakarta.

3

Pelaksana Kegiatan Peneliti: a. Nama Lengkap : Dewi Sartika, S.Pd. b. Tempat dan Tanggal Lahir : Bantul, 3 Oktober 1964 c. Jenis Kelamin : Perempuan d. Pangkat/Gol/NIP : Penata Tingkat I/IIID/ 19640310 19853.1.005 e. Jabatan Fungsional : Guru Dewasa Tingkat I f. Jabatan Struktural :g. Pendidikan Tertinggi : Sarjana Pendidikan h. Bidang Keahlian : Teknik Pembelajaran i. Alamat Kantor : SD 8 Bantul, bantul Yogyakarta j. Alamat Rumah : Galan RT 64, Tirtosari, Kretek, Bantul,Yogyakarta 55772

4 5

Lama Kegiatan Jumlah Anggaran yang Diajukan

4 bulan Rp. 7.000.000,-

Mengetahui Kepala Sekolah,

Yogyakarta, 5 Februari 2011 Hormat Kami Peneliti,

Drs. Bedjo Puji Nugroho, M.M.

Dewi Sartika, S.Pd.

219


PENINGKATKAN MOTIVASI DAN PRESTASI BELAJAR SISWA MELALUI PENDEKATAN CTL BERBASIS MULTIMEDIA PADA PEMBELAJARAN DI SMA BANGUNHARJO YOGYAKARTA A. Pendahuluan Pembelajaran fisika di sekolah menengah atas, siswa diharapkan dapat memahami berbagai masalah yang terkait dengan fisika, memahami konsep fisika dan dapat menerapkannya dalam kehidupannya. Melalui pembelajaran siswa diharapkan memperoleh pemahaman yang baik terhadap konsep yang dipelajari dan menunjukkan motivasi yang positif karena topik ini senyatanya banyak dialami siswa dalam kesehariannya. Namun demikian dalam kenyataannya banyak siswa yang kurang menunjukkan motivasi dalam pembelajaran. Hal ini tergambar dari hasil belajar siswa kelas X SMA Bangunharjo Yogyakarta tahun pelajaran 2009/2010 yang kurang baik. Ratarata hasil ulangan tersebut adalah 60 (maksimum 100). Sementara itu KKM yang ditetapkan oleh sekolah adalah 61 (maksimum 100). Dalam ujian semester, persentase siswa yang mencapai KKM baru mencapai 65%. Berdasarkan evaluasi terhadap pelaksanaan pembelajaran di SMA Bangunharjo Yogyakarta tahun pelajaran 2009/2010 diperoleh gambaran bahwa kegiatan pembelajaran dilakukan dengan: diskusi informasi, kegiatan percobaan/eksperimen atau demonstrasi, dan kegiatan pemecahan masalah. Dari sisi penerapan model pembelajaran, guru sebenaranya sudah mengupayakan adanya variasi dalam melaksanakan pembelajaran. Namun demikian implementasinya dalam pembelajaran yang sudah berlangsung selama ini menunjukkan bahwa pendekatan diskusi informasi yang dilakukan guru lebih menekankan aspek konseptual yang abstrak dan siswa tidak didorong untuk mengkaitkan konsep dengan contoh nyata dalam kehidupannya sehari-hari. Demikian pula halnya dalam kegiatan percobaan. Metode eksperimen belum berjalan secara baik akibat keterbatasan peralatan percobaan. Disamping itu juga terdapat keterbatasan waktu sehingga kegiatan percobaan kurang maksimal dan terkesan dipaksakan. Dengan demikian kegiatan tersebut kurang efektif. Sementara itu pada kegiatan pemecahan masalah lebih ditekankan pada pembahasan soal-soal dalam bentuk latihan soal. Hal ini memberikan kesan bahwa pembelajaran dianggap sulit oleh para siswa. Akibatnya pembelajaran kurang menyenangkan siswa. Berdasarkan permasalahan tersebut maka pembelajaran perlu dilakukan menggunakan pendekatan lain yang lebih relevan dengan keadaan siswa. Pemilihan pendekatan yang dimaksud adalah dengan menggunakan bantuan teknologi (yakni pemanfaatan komputer) yang mampu menghadirkan visualisasi konkrit terkait materi yang dipelajari. Hal ini dikarenakan adanya kemampuan komputer yang dapat mengolah dan menampilkan berbagai informasi menjadi suatu bentuk multimedia yang interaktif. Multimedia interaktif dalam banyak aplikasi, pengguna dapat memilih apa yang akan dikerjakan selanjutnya, bertanya, dan mendapatkan jawaban yang mempengaruhi komputer untuk mengerjakan fungsi selanjutnya. Selain itu multimedia mempunyai banyak aplikasi untuk menampilkan berbagai animasi dan simulasi yang terkait dengan fenomena fisika. Siswa akan sangat tertolong dengan multimedia dalam memahami konsep yang abstrak. Hal ini 220


dikarena multimedia dapat memvisualisasi konsep yang bersifat abstrak tersebut menjadi lebih konkrit. Dari uraian di atas dapat diketahui multimedia interaktif akan dapat mewujudkan pembelajaran yang aktif, kreatif, efektif, dan menyenangkan (PAKEM). Di samping itu, multimedia juga mampu menghadirkan contoh penerapan konsep yang sesuai dengan kehidupan sehari-hari sehingga terwujud pembelajaran kontektual (CTL). Melalui CTL berbantuan komputer tersebut diharapkan memberikan rangsangan bagi siswa sehingga meningkatkan motivasi dan minatnya dalam belajar. Dengan adanya minat dan motivasi dalam belajar maka diharapkan berdampak pada hasil pembelajaran. B. Rumusan Masalah dan Pemecahannya Rumusan masalah penelitian ini adalah: apakah implementasi PAKEM melalui pembelajaran kontektual berbasis multimedia interaktif dapat meningkatan motivasi dan hasil belajar siswa pada pembelajaran di SMA Bangunharjo Yogyakarta? C. Tujuan Penelitian Penelitian ini dilakukan sebagai upaya meningkatkan motivasi dan hasil belajar siswa pada pembelajaran di SMA Bangunharjo Yogyakarta tahun pelajaran 2010/2011. Target yang akan dicapai adalah minimal 75 % siswa dapat mencapai KKM sekolah. Indikator keberhasilan dari penelitin ini adalah apabila hasil penelitian menunjukkan adanya peningkatan motivasi dan hasil belajar siswa pada pembelajaran. D. Manfaat Hasil Penelitian Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat-manfaat: 1. Bagi guru, dapat mengembangkan pembelajaran aktif, efektif, kreatif dan menyenangkan (PAKEM). 2. Bagi siswa, mampu mengembangkan kreativitas dan kemampuan belajarnya secara maksimal. 3. Bagi sekolah, mampu meningkatkan hasil pembelajaran di sekolah E. Kajian Pustaka Hakekat Pembelajaran Menurut Suprijono, Agus (2009), pembelajaran adalah: proses, cara, perbuatan mempelajari. Adalah upaya guru mengorganisasir lingkungan terjadinya pembelajaran. Guru menyediakan fasilitas belajar bagi peserta didik. Pembelajaran adalah dialog interaktif. Sementara itu dalam Undang-undang RI Nomor 20 Tahun 2003 tentang Sistem Pendidikan Nasional ,menyatakan bahwa pembelajaran adalah proses interaksi peserta didik dengan pendidik dan sumber belajar pada suatu lingkungan belajar. Berdasar uraian di atas maka terungkap bahwa dalam pembelajaran harus adanya proses interaksi antara siswa dan guru dan sumber belajar. Dengan demikian guru sebagai pendidik harus dapat mengelola kegiatan pembelajaran secara interaktif. Pembelajaran harus dikelola dengan memberikan peran yang aktif pada siswa selaku peserta didik. Hal ini berarti peserta didik harus ditempatkan sebagaai subyek pelaku dalam pembelajaran. Dengan proses pembelajaran yang interaktif diharapkan dapat memberikan motivasi yang tinggi bagi siswa untuk aktif. Adanya aktivitas belajar yang tinggi 221


dari siswa maka proses pembelajaran dapat efektif. Hal ini sejalan dengan Mulyasa (2004), bahwa proses pembelajaran dikatakan efektif apabila seluruh atau sekurang-kurangnya 75% peserta didik terlibat secara aktif, baik mental, fisik, maupun sosialnya. Hakekat Belajar Belajar menurut Gagne seperti yang diungkap Dimyati (2002) bahwa belajar merupakan kegiatan yang kompleks. Hasil belajar berupa kapabilitas. Setelah belajar orang memiliki keterampilan, pengetahuan, sikap, dan nilai. Berdasarkan uraian di atas terungkap bahwa kegiatan belajar adalah suatu proses pengalaman belajar siswa agar memiliki pengetahuan, keterampilan, sikap dan nilai. Hal ini juga dipertegas oleh Morgan ( Suprijono Agus, 2009) yang menyatakan bahwa belajar adalah perubahan perilaku yang bersifat permanent sebagai hasil dari pengalaman. Adanya pengalaman yang dimiliki siswa setelah belajar selanjutnya memberikan dampak pada perubahan tingkah laku siswa. Perubahan tingkah laku yang diharapkan dalam proses belajar sudah semestinya adalah perubahan yang lebih baik. Sementara itu Hamalik (2001) mengidentifikasi adanya lima unsur yang terkait dalam proses belajar yaitu : motivasi belajar, bahan belajar, alat bantu belajar (media), suasana belajar, dan kondisi subyek yang belajar. Dengan demikian proses pembelajaran harus dapat membangkitkan motivasi dan menumbuhkan sikap perilaku positif siswa tersebut. Untuk itu pembelajaran harus dapat mewujudkan suasana belajar yang menyenangkan. Motivasi Belajar Hamalik (2002) mendeskripsikan baha istilah motivasi menunjuk kepada semua gejala yang terkandung dalam stimulasi tindakan ke arah tujuan tertentu di mana sebelumnya tidak ada gerakan menuju ke arah tujuan tersebut. Motivasi dapat berupa dorongan-dorongan dasar atau insentif di luar individu atau hadiah. Sebagai suatu masalah di dalam kelas, motivasi adalah proses membangkitkan, mempertahankan, dan mengontrol minat. Sementara itu Suprijono, Agus (2009), Motivasi yaitu dorongan yang berfungsi sebagai penguatan bersemayamnya segala informasi dalam memori peserta didik. Berdasarkan uraian di atas maka motivasi belajar siswa dapat diartikan sebagai dorongan kuat dari siswa tersebut untuk melakukan kegiatan belajar. Dorongan tersebut timbul apabila proses pembelajaran berlangsung secara menarik, terbuka, aktif, adanya model (simulasi) dan dalam suasana yang menyenangkan. Hal ini sesuai dengan prinsip yang dapat dilakukan oleh guru dalam memotivasi siswa agar belajar, seperti diungkap Hamalik (2001) sebagai berikut: 1) Prinsip kebermaknaan, siswa termotivasi untuk mempelajari hal-hal yan bermakna baginya. 2) Prasyarat; siswa lebih suka mempelajari sesuatu yang baru jika dia memiliki pengalaman prasyarat. 3) Model; siswa lebih suka mempelajari tingkah laku baru bila disajikan dengan suatu model perilaku yang dapat diamati dan ditiru (simulasi) 4) Komunikasi terbuka; siswa lebih suka belajar bila penyajian ditata agar supaya pesan-pesan guru terbuka terhadap pendapat siswa. 5) Daya tarik; siswa lebi suka belajar bila perhatiannya tertarik oleh penyajian 222


yang menyenangkan/menarik. 6) Aktif dalam latihan; siswa lebih senang bila ia dapat berperan secara aktif. 7) Keadaan menyenangkan; siswa lebih suka belajar terus bila kondisi pembelajaran menyenangkan. Berdasarkan uraian tersebut maka agar siswa lebih termotivasi dalam belajar maka proses pembelajaran perlunya dirancang dengan menciptakan pembejaran yang aktif, kreatif, efektif dan menyenangkan (PAKEM). Pembelajaran Kontekstual atau Contextual Teaching And Learning (CTL) Pembelajaran kontekstual atau contextual Teaching and learning (CTL) menurut Suprijono, Agus (2009) merupakan konsep yang membantu guru mengaitkan antara materi yang diajarkan dengan situasi dunia nyata dan mendorong peserta didik membuat hubungan antara pengetahuan yang dimilikinya dengan penerapannya dalam kehidupan mereka sebagai keluarga dalam masyarakat. Lebih jauh dijelaskan bahwa pembelajaran kontekstual terdiri dari 7 komponen kontekstual, yaitu konstruktivisme, inquiri, bertanya (questioning), masyarakat belajar (learning community), pemodelan (modeling), refleksi, dan penilaian otentik. Berdasarkan uraian tersebut dapat diketahui bahwa pembelajaran kontekstual adalah pembelajaran yang memberikan peran lebih besar kepada siswa untuk aktif dan kreatif. Pembelajaran kontekstual juga efektif dan menyenangkan. Hakekat Multimedia interaktif Pengetian Multimedia menurut Wikipedia, merupakan proses komunikasi interaktif berasaskan teknologi komputer yang menggabungkan penggunaan pelbagai unsur media digital seperti teks, audio, grafik, animasi dan video untuk menyampaikan maklumat. Sementara itu pembelajaran diartikan sebagai proses penciptaan lingkungan yang memungkinkan terjadinya proses belajar. Jadi dalam pembelajaran yang utama adalah bagaimana siswa belajar. Belajar dalam pengertian aktivitas mental siswa dalam berinteraksi dengan lingkungan yang menghasilkan perubahan perilaku yang bersifat relatif konstan. Dengan kegiatan pembelajaran yang interaktif seperti gambaran di atas maka akan dapat memberikan stimulus bagi siswa sehingga membangkitkan motivasi belajarnya. Adanya motivasi belajar yang tinggi dari siswa maka akan memberikan penguatan pengalaman belajarnya dan selanjutnya berimplikasi pada hasil belajar siswa tersebut. Hipotesis Tindakan Berdasarkan kerangka teori di atas, maka hipotesis tindakan penelitian ini adalah Implementasi PAKEM berbasis multimedia interaktif dapat meningkatkan motivasi dan hasil belajar siswa pada pembelajaran di SMA Bangunharjo Yogyakarta. F. Prosedur Penelitian Setting Penelitian Penelitian ini dilakukan di SMA Bangunharjo Yogyakarta. Subyek penelitian adalah siswa kelas X semester I tahun pelajaran 2010/2011. Sampel penelitian ini adalah kelas X-1. Alasan dipilihnya kelas X-1 karena kelas tersebut memiliki nilai ratarata ulangan harian terendah sebelum pelaksanaan tindakan. 223


Pada kondisi awal nilai rata-rata Kelas X-1 =60 dengan persentase siswa yang mencapai KKM 63%. Waktu Penelitian Pelaksanaan tindakan kelas dilakukan pada bulan Juli 2011 sampai dengan Oktober 2011. Perencanaan Tindakan Dalam mengatasi masalah yang ingin dipecahkan melalui penelitian tindakan ini, rancangan tindakan yang dipilih adalah tindakan penerapan pembelajaran kontektual berbasis multimedia interaktif. Adapun langkah-langkah tindakan yang akan dilakukan adalah sebagai berikut: a. Perencanaan Tindakan, meliputi kegiatan-kegiatan sebagai berkut: • Analisis kondisi awal siswa, • Pembuatan program multimedia interaktif. • Pembuatan instrumen observasi . • Ujicoba program multimedia kepada siswa dan telaah soal. • Membuat Rencana Pelaksanaan Pembelajaran pada siklus 1 sesuai dengan pendekatan pembelajaran CTL berbasis multimedia, dan pembagian kelompok belajar. b. Implementasi atau pelaksanaan tindakan yang meliputi kegiatan-kegiatan sebagai berikut: • Pembelajaran dilakukan dalam 2 pertemuan @ 3 jam. • Kegiatan belajar berkelompok menggunakan komputer • Setiap kelompok wajib menjawab permasalahan yang disediakan pada file dengan melakukan diskusi interaktif. • Pada akhir siklus, guru melakukan tes tertulis. • Tes tertulis bersifat individu. Adapun rincian proses belajar (skenario) yang dirancang adalah memberi penekanan pada prinsip-prinsip sebagai berikut: • Pembelajaran dilakukan dengan menggunakan multimedia interaktif. • Kegiatan pembelajaran dikaitkan dengan konteks pengalaman nyata siswa. • Kegiatan belajar siswa adalah kegiatan mengalami. Dalam kegiatan ini siswa berproses secara aktif dengan hal yang dipelajari melalui multimedia interaktif. • Kegiatan belajar menekankan pada proses mendemonstrasikan pengetahuan yang dimiliki dalam konteks dan pemanfaaatannya. • Kegiatan belajar merupakan proses kolaboratif dan kooperatif melalui belajar berkelompok, komunikasi interpersonal. • Kegiatan belajar menekankan pada terwujudnya kemampuan memanfaatkan pengetahuan dalam situasi atau konteks baru. c. Observasi berupa pemantauan dan evaluasi tindakan untuk mengumpulkan berbagai data yang diperlukan untuk mengevaluasi hasil-hasil tindakan dalam upaya pemecahan masalah. d. Refleksi dan evaluasi tindakan yang dilakukan untuk mengevaluasi sejauh mana permasalahan sudah dapat dipecahkan, dan untuk menentukan apakah diperlukan tindakan berikutnya dalam siklus berikutnya (ke dua) agar permasalahan dapat dipecahkan dengan hasil sesuai dengan indikator yang 224


telah ditetapkan. Instrumen Penelitian Instrumen yang digunakan dalam penelitian ini adalah: a) Software Pembelajaran interaktif. b) Lembar soal dan lembar jawab tes tertulis. c) Lembar telaah soal. d) lembar observasi, lembar kerja kelompok dalam bentuk file, angket tanggapan siswa dan guru, serta angket motivasi siswa. Teknik Pengumpulan dan Analisis Data Pengumpulan data dalam penelitian ini dilakukan dengan dokumentasi, observasi, angket dan tes tertulis. Cara dokumentasi dilakukan untuk mengungkap kondisi awal subjek penelitian. Teknik observasi dilakukan dengan menggunakan lembar telaah soal, lembar soal dan angket.. Angket digunakan untuk mengungkap motivasi belajar siswa menggunakan multimedia, tanggapan siswa terhadap ujicoba program, tanggapan guru terhadap kelayakan program, dan tanggapan siswa terhadap pembelajaran CTL berbasis multimedia interaktif. Telaah soal digunakan untuk mengetahui kebenaran dan kesesuaian soal dengan materi. Tes tertulis untuk mengungkap pencapaian hasil belajar siswa tiap siklusnya. Analisis data dilakukan dengan cara deskriptif persentase dan rerata hitung. Dengan mengetahui rerata hitung tes dapat diketahui peningkatan hasil belajar siswa tiap siklusnya. Demikian pula melalui persentase terhadap pencapaian ketuntasan belajar siswa dapat diketahui peningkatan ketuntasan belajar siswa. Dari analisis angket motivasi belajar siswa dapat diketahui peningkatan motivasi siswa. Teknik persentase tersebut juga dapat mengungkap seberapa besar tanggapan siswa dan guru terhadap ujicoba program, dan tanggapan siswa terhadap pembelajaran menggunakan multimedia interaktif. Sementara itu analisis deskriptif dilakukan guna memberikan penjelasan terhadap gambaran pelaksanaan proses tindakan kelas, menjelaskan temuantemuan permasalahan yang muncul dan cara mengatasinya serta menjelaskan keberhasilan yang dicapai selama proses tindakan kelas. G. JADWAL PENELITIAN No 1. 2.

Kegiatan

Juli 2011

Persiapan

Pelaksanaan a. Pretes

c. Post tes

Analisis Data dan Penyusunan Laporan a. Analisis data

b. Penulisan Draft

Sept 2011

Okt 2011

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

b. Implementasi 3.

Agst 2011

225


Laporan c. Seminar dan Revisi d. Penggandaan dan Pengiriman Laporan

H. BIAYA PENELITIAN 1. Alat dan Bahan Penelitian 2. Penyelesaian Laporan (Analisis data, Seminar,Penggandaan dan Pengiriman Laporan) Jumlah Biaya I. PERSONALIA PENELITIAN Identitas k. Nama Lengkap l. Tempat dan Tanggal Lahir m. Jenis Kelamin n. Pangkat/Gol/NIP o. p. q. r. s. t.

Jabatan Fungsional Jabatan Struktural Pendidikan Tertinggi Bidang Keahlian Alamat Kantor Alamat Rumah

Rp 5.000.000,Rp 2.000.000,-

Rp 7.000.000,-

: Dewi Sartika, S.Pd. : Bantul, 3 Oktober 1964 : Perempuan : Penata Tingkat I/IIID/19640310 19853.1.005 : Guru Dewasa Tingkat I

:: Sarjana Pendidikan : Teknik Pembelajaran : SD 8 Bantul, bantul Yogyakarta : Galan RT 64, Tirtosari, Kretek, Bantul,Yogyakarta 55772

J. DAFTAR PUSTAKA Hamalik., Oemar. 2003. Perencanaan Pengajaran Berdasarkan Pendekatan Sistem. Jakarta: Bumi Aksara Hamalik., Oemar. 2001.Kurikulum dan Pembelajaran. Jakarta: Bumi Aksara Mulyasa. 2004. Kurikulum Berbasis Kompetensi. Bandung: Penerbit PT Remaja Rosdakarya. Nggermanto, Agus. 2003. Qantum Quotien Kecerdasan Otak.. Bandung: Nuansa Peraturan Pemerintah (Permen) No. 22 tahun 2006 tentang Standar Isi Purwanto. M. Ngalim.1998. Psikologi Pendidikan. Bandung: Rosdakarya Suryanto. R. 2004. Multimedia Sebagai Alat Pembelajaran Implantasi Janin Pada Siswa SLTA. Penelitian Tesis, Semarang: Program Pascasarja UDINUS. Suprijono, Agus. 2009. Cooperative Learning Teori dan aplikasi PAIKEM. Yogyakarta: Pustaka pelajar TIM.2007. Panduan Pengembangan Multimedia Pembelajaran. Jakarta: Departemen Pendidikan Nasional Undang undang RI nomor 20 tahun 2003 tentang Sistem Pendidikan Nasional. 226


Lampiran C: Contoh Karya Ilmiah PENINGKATAN HASIL BELAJAR BIOLOGI SISWA KELAS XI IPA 3 SMA NEGERI 1 NATAR DENGAN METODE INQUIRY Oleh : Dra. Hj. Hastutiningsih (Guru SMA Negeri 1 Natar Lampung Selatan) ABSTRAK Hasil belajar siswa merupakan tolok ukur keberhasilan proses pembelajaran. Berdasarkan penilaian sebelumnya hasil belajar biologi kelas XI SMA Negeri I Natar masih rendah, yaitu rata-rata 58, sedangkan kriteria ketuntasan belajar minimum, yaitu 68. Rendahnya hasil belajar tersebut diduga karena aktivitas siswa dalam kegiatan pembelajaran masih rendah akibat dominasi metode ceramah, sehingga dalam hal ini diperlukan metode yang lebih tepat. Untuk itu penelitian ini bertujuan untuk meningkatkan aktivitas dan hasil belajar biologi untuk materi ”Struktur dan Fungsi Jaringan Tumbuhan” dengan metode inquiry pada siswa kelas XI IPA-3 SMA Negeri I Natar. Penelitian tindakan kelas ini dilaksanakan pada bulan September—November 2007 di kelas XI IPA-3 SMA Negeri I Natar Kabupaten Lampung Selatan, dengan jumlah siswa 39 orang. Data penelitian ini berupa data kualitatif dan kuantitatif. Cara pengambilan data ini menggunakan tes tertulis untuk mengukur hasil belajar siswa dan lembar observasi aktivitas siswa untuk menilai aspek psikomotorik dan afektif siswa. Data yang diperoleh dari proses dan hasil pembelajaran diolah secara persentase dan tabel statistik sederhana, serta dianalisis secara diskriptif. Dari hasil observasi selama kegiatan PTK ini didapatkan data nilai psikomotorik siswa, yaitu secara klasikal, pada siklus I ketuntasan belajar belum tercapai, baru 32 orang (82,05%), sedangkan pada siklus II 35 orang (89,74) dan III semuanya (100%) sudah tercapai KKM. Dari aspek afektif yang sudah dapat melibatkan sebagian besar siswa hanya kegiatan diskusi, dan pengumpulan tugas tepat waktu, tetapi untuk semua aspek afektivitas terjadi peningkatan. Dari aspek kognitif, berdasarkan hasil tes formatif diperoleh data bahwa siswa yang sudah mencapai KKM pada siklus I 30 orang (76,92%), siklus II 34 orang (87,17%), dan siklus III 36 orang (92,30%) Dengan kata lain, bahwa aktivitas belajar dan hasil belajar siswa mengalami peningkatan. Kata kunci: peningkatan hasil belajar, metode inquiry

227


INCREASE THE RESULT LEARNING BIOLOGY BY INQUIRY METHOD OF STUDENT ON CLASS XI IPA 3 SMA NEGERI 1 NATAR By : Dra. Hj. Hastutiningsih ABSTRACT Student learning result as a measurement of achievement learning process. Based on the pre-evaluation of learning result of biology in class XI SMA N 1 Natar is low, the average of 58, while the minimum criterian of learning is 68. The assumption of the result below average is because of lecturing method dominated on the learning in the classroom, so it will need the exact method to exchange this condition. Therefore aims of the research to increase the activity and achievement in learning biology in Structure and Function of plant tissue by inquiry method to student of class XI IPA 3 SMA N 1 Natar. The class action research is held on September- November 2007 in class XI IPA3 SMA N 1 Natar, Lampung Selatan, there are 39 students. The research data are in qualitative and data. Written test is done to measure the achievement student and the observation sheet student activity to get the psychomotoric and affective aspect of student. The achievement from the process and learning result is managed by percentage and simply statistic tabel, and analysed descriptively. From the result during the observation of classroom action research it is found that student psychomotoric score classifically in cycle I the maximum achievement learning is not reached, 32 students (82.06%), while ini cycle II: 35 students (89.34%), and in cycle III all of student (100%). In the affective aspect which is reached by the majority student is only the discussion activity and the collection duty is on time, but in all affective aspect is increase. On cognitive aspect, based on the result of formative test is obtained that the students are already get the minimum criterian score of learning in cycle I 30 students (76.92%), cycle II: 34 students (87.17%), and cycle III 36 students (92.30%).In another word, the learning activity and achievement learning students is increased. ______________________ Key word: increase the result learning, inquiry method A. Latar Belakang Masalah Keberhasilan proses pembelajaran di kelas dapat dilihat dari aktivitas belajar dan hasil belajar siswa. Berdasarkan hasil observasi awal dan diskusi dengan sesama guru biologi kelas XI SMA Negeri I Natar Lampung Selatan yang dilakukan dalam kegiatan pembelajaran di sekolah diperoleh bahwa hasil belajar biologi kelas XI selama ini masih rendah (rata-rata 58), dibandingkan dengan kriteria ketuntasan minimum, yaitu 68, meskipun telah dilakukan berbagai upaya oleh guru untuk meningkatkan hasil belajar siswa. Rendahnya hasil belajar tersebut diduga akibat kurang aktifnya siswa dalam kegiatan pembelajaran, padahal konsep-konsep biologi di kelas XI semester 1 sulit dipahami siswa, karena menyangkut struktur organ pada tumbuhan berupa gambar anatomis yang rumit dengan istilah Latin yang 228


sulit dihafalkan. Kegiatan pembelajaran yang didominasi metode ceramah saja kurang tepat untuk materi tersebut. Padahal metode mengajar menurut Hamalik (1983: 31) adalah cara untuk mencapai tujuan mengajar. Pencapaian tujuan tersebut dapat dilihat dari adanya perubahan perilaku. Untuk itu diperlukan metode yang tepat dalam kegiatan pembelajarannya, dengan maksud untuk mengubah suasana kegiatan pembelajaran dari siswa pasif menjadi lebih aktif. Menurut Roestiyah (1989: 48) seorang guru harus mampu menimbulkan semangat belajar secara individu, sebab masing-masing anak mempunyai perbedaan di dalam pengalaman, kemampuan, dan sifat pribadi. Dengan adanya semangat belajar diharapkan dapat timbul kebebasan dan kebiasaan pada siswa untuk mengembangkan kemampuan berfikirnya dengan penuh inisiatif, dan kreatif dalam pekerjaannya. Salah satu metode yang tepat adalah metode inquiry. Pengajaran berdasarkan inquiry (inquiry based teaching) adalah suatu strategi yang berpusat pada siswa (student centered strategy) dimana kelompok siswa dibawa ke dalam suatu persoalan atau mencari jawaban terhadap pertanyaan- pertanyaan di dalam suatu prosedur dan struktur kelompok yang digariskan secara jelas (Hamalik, 2001). Menurut Nurhadi, dkk. (2004) bahwa inquiry pada dasarnya adalah bertanya yang baik, bukan asal bertanya. Pertanyaan harus dapat diuji dan diselidiki secara bermakna. Kata kunci dari inquiry adalah siswa menemukan sendiri. Pengetahuan dan keterampilan yang diperoleh diharapkan bukan hasil mengingat seperangkat fakta, tetapi hasil menemukan sendiri. Metode inquiry mengembangkan keterampilan berfikir kritis melalui pengalaman kelompok belajar, dimana siswa berkomunikasi, berbagi tanggung jawab, dan bersama-sama mencari pengetahuan. Berdasarkan latar belakang di atas, maka untuk meningkatan aktivitas belajar siswa dan hasil belajar biologi terhadap materi struktur dan jaringan tumbuhan digunakan metode inquiry. Pemilihan metode ini selain didasarkan pada pertimbangan kelebihannya, juga metode ini merupakan salah satu cara yang dianjurkan dalam kurikulum tingkat satuan pendidikan (KTSP) di SMA Negeri I Natar. Dengan penelitian ini diharapkan akan diperoleh hasil sesuai diinginkan. Adapun tujuan penelitian ini adalah untuk: 1. meningkatkan aktivitas belajar biologi dengan metode inquiry pada siswa kelas XI IPA-3 SMA Negeri I Natar, 2. meningkatkan hasil belajar ”Struktur dan Fungsi Jaringan Tumbuhan” pada siswa kelas XI IPA-3 SMA Negeri I Natar, Kabupaten Lampung Selatan B. Metode Penelitian 1. Setting Penelitian Penelitian ini dilaksanakan pada bulan September—November 2007 di kelas XI IPA-3 semester 1 SMA Negeri I Natar Kabupaten Lampung Selatan tahun ajaran 2007/ 2008 dengan jumlah siswa 39 orang. Kelas yang digunakan dalam penelitian ini adalah yang memiliki nilai rata-rata biologi sedang, sehingga perlu motivasi 229


khusus untuk meningkatkan kemampuan mereka. Dalam penelitian ini ada beberapa faktor yang diamati, yaitu: a. Faktor siswa: mengukur aktivitas siswa, hasil belajar, dan ketuntasan belajar kelompok siswa sasaran setelah diberi perlakuan. b. Faktor guru: mengukur kemampuan guru dalam merencanakan, menyusun, menggunakan strategi pembelajaran, membantu siswa mengatasi kesulitan belajar, dan menilai proses pembelajaran. 2. Prosedur Penelitian Penelitian tindakan kelas ini terdiri dari tiga siklus, masing-masing siklus dilaksanakan sesuai dengan tujuan yang ingin. Setiap siklus terdiri dari 2 kali pertemuan, dan tiap selesai satu siklus diadakan tes formatif untuk mengetahui pemahaman siswa terhadap konsep biologi yang sudah dipelajari. Selain itu juga diadakan refleksi oleh pengamat yaitu seorang guru biologi untuk membicarakan hal-hal yang ditemui dalam kegiatan pembelajaran pada siklus tersebut. Selanjutnya hasil refleksi dijadikan bahan perbaikan pada siklus berikutnya. Pelaksanaan tindakan kelas ini terinci ke dalam beberapa langkah berikut: a. Persiapan tindakan, yaitu: 1. menyusun rencana pembelajaran sesuai dengan materi yang direncanakan 2. mempersiapkan LKS untuk praktikum setiap pertemuan 3. menyusun instrumen observasi, baik untuk siswa maupun guru 4. menetapkan cara refleksi yang dilakukan oleh guru pengamat setiap selesai pemberian tindakan pada setiap siklusnya b. Pelaksanaan tindakan, yang dilaksanakan dalam tiga siklus: Siklus I Materi pokok: ”Struktur Anatomi Akar Tumbuhan Monokotil dan Dikotil”, yang dilaksanakan dalam dua kali pertemuan. Pertemuan I praktikum, dan pertemuan II diskusi. Langkah-langkah yang dilaksanakan dalam siklus I ini adalah: a. Guru membuka pelajaran, guru memberikan apersepsi dan motivasi dengan mengajukan pertanyaan untuk mengetahui penguasaan siswa terhadap konsep biologi yang telah diketahui dan dipahami. 1. Siswa dibagi ke dalam 8 kelompok yang masingmasing beranggotakan 5 orang siswa. 2. Masing-masing kelompok ditugaskan untuk melaksanakan praktikum tentang ”Struktur Anatomi Akar Tumbuhan Monokotil dan Dikotil” pada saat jam pelajaran biologi (2 jam pelajaran). 3. Setelah selesai praktikum siswa diberi tugas untuk mendiskusikan hasil praktikum pada jam pelajaran biologi pada hari berikutnya. 4. Setelah itu disuruh untuk membuat kesimpulan hasil diskusi 230


dan mengumpulkan laporan praktikum dan diskusi tersebut. 5. Guru memeriksa laporan tersebut. Selama proses pembelajaran berlangsung dilakukan observasi oleh observer (Dra. Arumningsih), baik terhadap siswa, maupun guru. Pada akhir siklus dilakukan evaluasi untuk melihat penguasaan materi siswa. Hasil observasi dan evaluasi digunakan untuk refleksi. Hasil refleksi pada siklus I dijadikan acuan perbaikan pada pembelajaran siklus II. Siklus II Materi pokok: ”Struktur Anatomi Batang Tumbuhan Monokotil dan Dikotil”, yang dilaksanakan dalam dua kali pertemuan. Pertemuan I praktikum, dan pertemuan II diskusi. Pelaksanaan kegiatannya sama dengan pada siklus I, perbedaannya pembelajaran pada siklus II merupakan hasil perbaikan dari refleksi siklus I. Siklus III: Materi pokok: ”Struktur Anatomi Daun Tumbuhan Monokotil dan Dikotil”, yang dilaksanakan dalam dua kali pertemuan. Pertemuan I praktikum, dan pertemuan II diskusi. Pelaksanaan pembelajaran, observasi, evaluasi, dan refleksi sama dengan pada siklus II, dengan perbaikan. c. Refleksi Data hasil pengamatan dan evaluasi selanjutnya dianalisis secara diskriptif untuk melakukan refleksi. Refleksi tersebut dilakukan bersama- sama dengan observer untuk melihat kelemahankelemahan yang muncul pada pelaksanaan pembelajaran dari siklus I sampai siklus III. 3. Data dan Cara Pengambilan Data a. Data penelitian tindakan kelas ini merupakan data kualitatif dan kuantitatif yang diperoleh dari hasil tes formatif dan penilaian aktivitas siswa pada saat proses pembelajaran. b. Cara pengambilan data pada penelitian tindakan kelas ini menggunakan 1. tes tertulis untuk setiap indikator yang diajarkan, tes ini digunakan untuk mengukur hasil belajar siswa dengan metode inquiry 2. lembar observasi aktivitas siswa, untuk menilai aspek psikomotorik dan afektif siswa dalam kegiatan praktikum dan diskusi 4. Analisis Data Data yang diperoleh dari proses dan hasil pembelajaran dianalisis secara persentase dan tabel statistik sederhana. 5. Indikator Keberhasilan Indikator keberhasilan dalam penelitian ini adalah: a. Sebanyak > 75% siswa dapat memahami materi struktur anatomi jaringan tumbuhan b. Ketuntasan belajar tercapai jika 85% siswa mendapat nilai > 70. 231


C. Hasil Penelitian Dan Pembahasan 1. Hasil Penelitian Dari penelitian yang telah dilakukan dalam tiga siklus didapatkan hasil a. Aspek Psikomotor Tabel 1. Rekapitulasi nilai aktivitas nilai psikomotorik siswa kelas XI IPA-3 pada kegiatan praktikum Struktur dan Fungsi Jaringan Tumbuhan Siklus

No Kisaran Nilai Siswa I

1 2 3

Jml (org) 7 19 13

< 68 68—74 > 75 Sudah tuntas (> 68) Nilai rata-rata

32

II % 17,95 48,72 33,33

82,05 70,37

Jml (org) 4 2 33 35

III %

Jml (org) 0 2 37

10,26 5,13 84,61 89,74 81,14

39

% 0 5,13 94,87 100 84,44

100% 3 >74 50%

2 68-74 1 < 68

0% Siklus I

Siklus II

Siklus III

Gambar 1. Grafik persentase perolehan nilai aspek psikomotorik siswa kelas XI IPA-3 SMA Negeri 1 Natar pada siklus I, II, dan III b. Aspek Afektif Tabel 2. Rekapitulasi nilai afektif dalam kegiatan diskusi pada materi ”Struktur dan Fungsi Jaringan Tumbuhan” siswa kelas XI IPA-3 SMA Negeri 1 Natar pada siklus I, II, dan III

232


Gambar 2. Grafik jumlah siswa yang melakukan aktivitas afektif di dalam diskusi Keterangan: A = siswa bertanya kepada guru; B = siswa menjawab pertanyaan guru/siswa lain; C = siswa memberikan pendapat; D = siswa aktif dalam diskusi; E = ketepatan siswa mengumpulkan tugas c. Aspek Kognitif Tabel 3. Rekapitulasi nilai penguasaan materi Struktur dan Fungsi Jaringan Tumbuhan (aspek kognitif) siswa kelas XI IPA-3 SMA Negeri 1 Natar pada siklus I, II, dan III

Gambar 3. Grafik persentase perolehan nilai aspek kognitif siswa kelas XI IPA-3 SMA Negeri 1 Natar pada siklus I, II, dan III.

233


d. Observasi guru mengajar Tabel 4. Hasil observasi guru mengajar Aspek yang Diamati No I A. 1 2 3 4 B. 1 2

Pendahuluan Persiapan sarana pembelajaran Mengkomunikasikan tujuan pembelajaran Menghubungkan dengan pelajaran yang lalu Memotivasi siswa Kegiatan inti Menguasai materi pelajaran Kesesuaian materi yang dipraktikumkan dengan indikator

3 4 5

Berperan sebagai fasilitator Mengajukan pertanyaan pada siswa Memberi waktu tunggu pada siswa untuk menjawab pertanyaan Memberi kesempatan siswa untuk bertanya Menguasai penggunaan alat dan bahan praktikum Kejelasan menyajikan konsep Memberi contoh konkrit gambar di mikroskop dari bahanbahan praktikum Memberi motivasi dab penguatan Penutup Membimbing siswa diskusi dan membuat kesimpulan Menguatkan materi dengan pelajaran yang akan datang Memberi tugas pada siswa Mengadakan evaluasi

6 7 8 9 10 C. 1 2 3 4

Siklus II III

A A A A

A A A A

A A A A

A A

A A

A A

A A A

A A A

A A A

A A A A

A A A A

A A A A

A

A

A

A A A A

A A A A

A A A A

Keterangan: Materi Pokok: Struktur dan Fungsi Jaringan Tumbuhan Submateri pokok/ Siklus. I. Struktur Anatomi Akar Tumbuhan Dikotil dan Monokotil; II. Struktur Anatomi Batang Tumbuhan Dikotil dan Monokotil; III.Struktur anatomi Daun Tumbuhan Dikotil dan Monokotil Tanda ”TA” bila tidak ada/ tidak dilakukan, ”K” bila kurang dilakukan, ”A” bila ada atau dilakukan dengan baik dari masing-masing pernyataan tersebut! 2. Pembahasan a. Siklus I Siklus I berlangsung selama dua kali pertemuan atau 2 x 2 x 45 menit. Materi yang diajarkan dalam proses pembelajaran ini adalah struktur dan fungsi akar pada tumbuhan. Materi ini disajikan dalam bentuk praktikum, diskusi, presentasi, dan latihan soal. Dari hasil observasi selama siklus I pada aspek psikomotorik didapatkan data bahwa 7 orang siswa ( 17,94%) mendapatkan nilai di bawah kriteria ketuntasan minimal (KKM), 19 orang ( 48,72%) mencapai KKM dengan nilai 68-74, dan ada 13 orang (33,33%) mendapat nilai 75. Secara klasikal, ketuntasan belajar belum tercapai karena masih ada siswa yang kurang terampil di dalam membersihkan mikroskop, mengatur cermin, membuat preparat, mencari dan menemukan gambar, menggambarkan objek praktikum, 234


dan membuat laporan praktikum. Hal ini menunjukkan bahwa cara ini belum dapat memotivasi dan membangkitkan minat siswa terhadap pelajaran biologi terutama keterampilan dalam praktikum di laboratorium. Namun, rata-rata kelas sudah mencapai KKM. Dari aspek afektif terdapat 13 orang siswa (33,33%) aktif bertanya kepada guru, 14 orang (35,89%) aktif menjawab pertanyaan guru / siswa lain, 15 orang (38,46%) aktif memberikan pendapat, 30 orang (76,92%) aktif dalam diskusi, dan 34 orang (87,17%) dapat mengumpulkan laporan / tugas tepat waktu. Berdasarkan data tersebut, ternyata pada siklus I ini siswa cukup aktif dan selalu memberikan respon positif dalam setiap pembelajaran yang dikembangkan dalam penelitian ini. Dilihat dari ketepatan mengumpulkan laporan praktikum menunjukkan bahwa minat, motivasi belajar, dan keinginan untuk belajar siswa sangat tinggi. Secara klasikal, aspek afektif sudah baik. Dari aspek kognitif, setelah proses pembelajaran pada siklus I selesai, dilanjutkan dengan melakukan test formatif (kognitif) untuk mengetahui kemampuan siswa dalam menyerap materi yang sudah dibahas. Dari hasil tes formatif pada siklus I, diperoleh data bahwa 9 orang siswa (23,07%) yang belum mencapai KKM, 5 orang (12,82%) mendapatkan nilai 68-74, 25 orang (64,10%) mendapatkan nilai 75. Jadi, jumlah siswa yang sudah mencapai KKM 30 orang (76,92%). Secara klasikal, hasil tindakan pada siklus I belum menunjukkan keberhasilan karena masih di bawah 85 %. Hal ini disebabkan, siswa belum terbiasa belajar dengan metode inquiry siswa harus menemukan konsep sendiri. Namun, rata- rata kelas sudah mencapai KKM, yaitu: 77,95. Berdasarkan hasil observasi terhadap guru dan refleksi pada siklus I didapatkan, bahwa secara klasikal belum berhasil, ini disebabkan oleh : 1) Paradigma lama guru masih nampak kental, kegiatan pembelajaran masih didominasi oleh guru yang belum memberikan kesempatan pada siswa untuk berfikir sendiri dalam menemukan konsep baru. 2) Siswa belum terbiasa belajar dengan metode inquiry. Dengan evaluasi aktivitas dan hasil belajar yang diperoleh pada siklus I, maka dirasa perlu adanya perbaikan pada siklus II antara lain lebih memotivasi dan menarik perhatian siswa pada kegiatan pembelajaran, terutama aspek-aspek yang masih belum optimal dilaksanakan siswa. b. Siklus II Siklus II berlangsung selama 2 kali pertemuan. Materi yang diajarkan dalam proses pembelajaran ini adalah struktur dan fungsi batang tumbuhan. Proses pembelajaran berlangsung seperti siklus I, dengan perbaikan beberapa teknik pembelajaran sesuai hasil refleksi siklus I. Berdasarkan hasil observasi selama siklus II, diperoleh data dari aspek psikomotorik, yaitu: 4 orang siswa (10,25%) di bawah KKM, 2 orang (5,12%) mencapai KKM dengan nilai 68-74, dan yang mendapatkan nilai > 75 adalah 33 orang (84,61%). Secara klasikal sudah mencapai KKM (89,74%), ada beberapa siswa belum mencapai KKM, namun jumlah siswa yang kurang terampil sudah sangat berkurang pada siklus II ini. Dari aspek afektif diperoleh data bahwa 14 orang siswa (35,89%) aktif 235


bertanya pada guru, 15 orang (38,46%) aktif menjawab pertanyaan guru / siswa lain, 17 orang (43,58%) aktif memberikan pendapat, 32 orang (82,05%) aktif di dalam diskusi, dan 34 orang (87,18%) dapat mengumpulkan laporan tepat waktu. Secara klasikal aspek afektif lebih baik dari siklus I, karena siswa lebih aktif mengikuti kegiatan diskusi. Dari aspek kognitif, setelah dilakukan test formatif (kognitif) diperoleh data bahwa, 5 orang siswa (12,82%) belum mencapai KKM, 1 orang (2,56%) mendapatkan nilai 68-74 dan 33 orang (84,61%) mendapatkan nilai 75. Secara klasikal siswa yang sudah mencapai KKM adalah 34 orang (87,17%). Rata-rata kelas juga sudah mencapai KKM, yaitu: 82,31. Hal ini dikarenakan siswa sudah terbiasa mengerjakan soal di siklus I, sehingga pada siklus II sudah menunjukkan keberhasilan. c. Siklus III Siklus III juga berlangsung selama 2 kali pertemuan. Materi yang diajarkan pada siklus III ini adalah struktur dan fungsi daun pada tumbuhan. Proses belajar berlangsung sebagaimana siklus I dan II, dengan perbaikan beberapa teknik pembelajaran sesuai hasil refleksi. Hasil observasi pada siklus III diperoleh data aspek psikomotorik semua siswa sudah mencapai KKM, 2 orang siswa (5,12%) mendapatkan nilai 68— 74, dan 37 orang (94,87%) > 75. Dengan demikian dari aspek psikomotorik semua siswa sudah mencapai KKM. Dari aspek afektif diperoleh data bahwa 17 orang siswa (43,58%) aktif bertanya pada guru, 18 orang (46,15%) aktif menjawab pertanyaan guru/ siswa lain, 18 orang (46,15%) aktif memberikan pendapat, 33 orang (84,61%) aktif dalam diskusi, dan 38 orang (97,44%) mengumpulkan laporan tepat waktu. Jadi, pada siklus III ini aspek afektif sudah baik. Dari aspek kognitif, setelah proses pembelajaran pada siklus III selesai, dilakukan test formatif (kognitif) untuk mengetahui kemampuan siswa dalam menyerap materi yang sudah dibahas. Dari hasil test formatif pada siklus III, diperoleh data bahwa 3 orang siswa (7,69%) belum mencapai KKM, 4 orang (10,25%) memperoleh nilai 68-74, 32 orang (82,05%) memperoleh nilai 75. Rata-rata kelas sudah mencapai KKM, yaitu: 86,44% dengan nilai rata-rata kelas, yaitu: 88,97. Hal ini berarti bahwa siswa sudah mampu beradaptasi dengan metode inquiry, sehingga hasil test formatifnya sangat memuaskan. Berdasarkan hasil penelitian tersebut bahwa pada aspek kognitif dan psikomotorik terjadi peningkatan dan dapat dicapai nilai KKM, sedangkan untuk aspek afektif tidak semua dapat tercapai nilai KKM karena keterbatasan waktu. Dalam satu kali pertemuan tidak mungkin semua siswa mendapat kesempatan berbicara dan menyampaikan pendapat, sedangkan untuk kegiatan praktikum dan tes formatif semua siswa dapat melakukannya secara bersamaan. Meskipun demikian pada aspek afektif secara umum terjadi peningkatan aktivitas siswa. Dengan meningkatnya aktivitas siswa baik aspek psikomotorik maupun afektif, akan sangat berpengaruh pada peningkatan aspek kognitif. Hal ini terjadi karena proses belajar bukan hanya aktivitas kognitif saja sesuai dengan pernyataan Sardiman (1994) bahwa belajar meliputi aktivitas yang bersifat fisik (jasmani) dan aktivitas mental (rohani). Jika fisik dan mental 236


sudah teribat dan adanya interaksi dengan lingkungan maka hasil belajar siswa akan tampak, sesuai dengan pendapat Hamalik (2001) bahwa belajar merupakan proses perubahan tingkah laku pada diri seseorang berkat pengalaman dan latihan. Pengalaman dan latihan itu terjadi melalui interaksi antara individu dengan lingkungannya, baik lingkungan alamiah maupun sosialnya. D. Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan dapat disimpulkan bahwa: 1. Pembelajaran Biologi kelas XI IPA-3 SMA Negeri 1 Natar melalui metode inquiry dapat meningkatkan aktivitas siswa dalam pembelajaran Biologi, baik melalui kegiatan praktikum maupun diskusi, 2. Penerapan metode inqury dapat meningkatkan hasil Biologi pada siswa kelas XI IPA-3 SMA Negeri 1 Natar Lampung Selatan pada materi struktur dan fungsi jaringan tumbuhan. E. Daftar Pustaka Djajadisastra, Y., 1989. Metode-metode Mengajar. Angkasa. Jakarta. 111 halaman. Hamalik, O., 1983. Media Pendidikan. Alumni. Bandung. 252 halaman. Hamalik, O., 2001. Pendekatan Baru Strategi Belajar Mengajar Berdasarkan CBSA. Sinar Baru Algensindo. Bandung. Nurhadi, B. Yasin, A.G. Senduk, 2004. Pembelajaran Kontekstual dan Penerapannya dalam KBK. Universitas Negeri Malang. Malang. Roestiyah, N.K., 1986. Didaktik Metodik. Bina Aksara. Jakarta. 191 halaman. Sardiman, A.M., 1994. Interaksi dan Motivasi Belajar mengajar. Rajawali. Jakarta. Sudjana, 1995. Penilaian Hasil Belajar Mengajar. Remaja Rosdakarya.Bandung.

237

MODUL 3 CONTOH SSP

FISIKA & BIOLOGI


Contoh SSP

Fisika


DAFTAR ISI MODUL 1 PENDALAMAN MATERI PENDALAMAN MATERI FISIKA A. Contoh Silabus ......................................................................................... B. Contoh RPP ..............................................................................................

PLPG Rayon 138: Contoh SSP

Satuan Pendidikan

: SMA ...................

Mata Pelajaran

: Fisika

Kelas/Semester

: XII (Duabelas)/1 (Satu)

Standar Kompetensi

: 2.

Kompetensi Dasar

185

2.1 Memformulasikan gaya listrik, kuat medan listrik, fluks, p o tensial listr ik, en er gi p o te n sia l li str i k ser ta penerapann ya pada keping

Menerapkan konsep kelistrikan dan kemagnetan dalam berbagai penyelesaian masalah dan produk teknologi Kegiatan Pembelajaran

Materi Pembelajaran Listrik Statis

•

elektrostatik

Kognitif karakteristik Produk gaya elektrostatik 1. Mendeskripsikan gaya elektrostatik dan medan (hukum Coulomb) pada muatan titik

Medan listrik dan hukum Gauss

listrik melalui peragaan secara klasikal

•

•

Potensial dan energi potensial listrik Kapasitor keping sejajar Rangkaian kapasitor

Penilaian

• Mengidentifikasi

• Gaya •

Indikator

•

Merumuskan gaya Coulomb, medan listrik, potensial listrik, dan hukum kekekalan energi mekanik dalam medan listrik, serta

187

Alokasi Waktu 16 jam

Testertulis

Su mb er /Bahan/Alat

S u mb er : B u k u Fi s i ka SM A Si lab u s L KS d a n k u nc i n ya

2. 3. 4. 5. 6.

Menjelaskan konsep kuat medan listrik Menjelaskan konsep potensial listrik Menjelaskan konsep fluks listrik Menjelaskan Hukum Gauss Mengaplikasikan hukum Coulomb untuk mencari medan listrik bagi distribusi muatan kontinu 7. Mengaplikasikan hukum Gauss untuk mencari medan listrik bagi distribusi muatan kontinu 8. Menghitung energi potensial listrik pada suatu susunan muatan 9. Menjelaskan kapasitas kapasitor keping

L e mb ar P e n il aia n ( LP ) B ah a n/ Ala t: L e mb ar tr a n sp ar a ns i, ka i n wo l, so b e k a n ker ta s, s is ir p la st i k


CONTOH SILABUS


Kegiatan Pembelajaran

Materi Pembelajaran

sejajar •

186

kapasitor melalui diskusi Menghitung gaya Coulomb, medan listrik, potensial dan energi potensial, kapasitor rangkaian, serta energi kapasitor dalam diskusi pemecahan masalah

188

Indikator

sejajar 10. Menghitung muatan, tegangan dan energi dari kapasitor yang tersusun seri. 11. Menghitung muatan, tegangan dan energi dari kapasitor yang tersusun paralel. 12. Mendeskripsikan gaya elektrostatik (hukum Coulomb) pada muatan titik 13. Menjelaskan konsep kuat medan listrik 14. Menjelaskan konsep potensial listrik 15. Menjelaskan konsep fluks listrik 16. Menjelaskan Hukum Gauss 17. Mengaplikasikan hukum Coulomb untuk mencari medan listrik bagi distribusi muatan kontinu 18. Mengaplikasikan hukum Gauss untuk mencari medan listrik bagi distribusi muatan kontinu 19. Menghitung energi potensial listrik pada suatu susunan muatan 20. Menjelaskan kapasitas kapasitor keping sejajar 21. Menghitung muatan, tegangan dan energi dari kapasitor yang tersusun seri. 22. Menghitung muatan, tegangan dan energi dari kapasitor yang tersusun paralel. Proses 1. Membuat tabel data pengamatan gejala tarik-menarik dan tolak menolak antar

Penilaian

Alokasi Waktu



Kompetensi Dasar


Materi Pembelajaran

Kegiatan Pembelajaran

Indikator

Penilaian

Alokasi Waktu


muatan listrik karena gosokan. 2. Menarik kesimpulan berdasarkan data pengamatan gejala tarik-menarik dan tolak menolak antar muatan listrik karena Tes unjuk gosokan. kinerja Psikomotor 1. Memperagakan gejala tarik-menarik dan tolak menolak antar muatan listrik karena gosokan.

187

Afektif 1. Memperlihatkan sikap tekun dan teliti 2. Memperlihatkan sikap mau bertanya, mengemukan pendapat dan mendengarkan pendapat orang lain.

Tes unjuk kinerja

Observasi 2.2 Menerapkan induksi magnetik dan gaya magnetik pada beberapa produk teknologi

Induksi Magnetik • Melakukan percobaan untuk • Percoba mengidentifikasi an karakteristik Oersted induksi magnetik • Hukum di sekitar kawat Ampere berarus Medan listrik sekitar

• Memformulasika n kuat medan

189

Kognitif Produk Tes tertulis 1. Menentukan besar dan arah induksi magnetik di sekitar kawat berarus 2. Menghitung kuat medan listrik di sekitar kawat berarus, menggunakan Hukum Ampere. 3. Menentukan besar dan arah gaya Lorentz. 4. Menjelaskan aplikasi gaya Lorentz dalam teknologi Proses

12 jam

S u mb er : B u k u Fi s i ka SM A Si lab u s L KS d a n k u nc i n ya Le mb ar p e ni lai a n ( LP ) B ah a n/ Ala t S u mb er te g a n ga n sea r a h, ma g n et b ata n g, mu l t i me ter , ka wa t.


Kompetensi Dasar


Materi Pembelajaran kawat berarus (lurus, melingkar,s olenoida)

Kegiatan Pembelajaran magnetik dan gaya magnetik pada berbagai keadaan (alat) dalam diskusi kelas

188

• Gaya magnetik (gaya Lorentz) • Merancang dan membuat motor listrik sederhana secara berkelompok

190

Indikator

1. Melakukan percobaan untuk memperlihatkan besar dan arah gaya Lorentz. 2. Merancang dan membuat motor listrik sederhana Psikomotor 1. Menyusun rangkaian untuk memperlihatkan gaya Lorentz 2. Menggulung lilitan untuk membuat kumparan untuk motor listrik Afektif 1. Memperlihatkan sikap tekun dan teliti 2. Memperlihatkan sikap kerjasama

Penilaian

Tes unjuk kinerja

Tes unjuk kinerja

Observasi

Alokasi Waktu



Kompetensi Dasar


CONTOH RENCANA PELAKSANAAN PEMBELAJARAN (RPP) Satuan Pendidikan : SMA ……… Mata Pelajaran : Fisika Kelas/Semester : XII (Duabelas)/ 1 (Satu) Materi Pembelajaran : Gaya Lorentz Alokasi Waktu : 4 x 45 menit _________________________________________________________________ 1. Standar Kompetensi Menerapkan konsep kelistrikan dan kemagnetan dalam berbagai penyelesaian masalah dan produk teknologi 2. Kompetensi Dasar Menerapkan induksi magnetik dan gaya magnetik pada beberapa produk teknologi. 3. Indikator A. Kognitif 1) Produk: a) Menjelaskan variabel-variabel yang mempengaruhi besar gaya Lorentz pada muatan b) Menjelaskan variabel-variabel yang mempengaruhi besar gaya Lorentz pada kawat berarus. c) Menjelaskan aturan-aturan tentang arah gaya Lorentz d) Menghitung besar gaya Lorentz. e) Menentukan arah gaya Lorentz f) Menjelaskan interaksi antara dua kawat sejajar yang berarus listrik g) Menjelaskan aplikasi gaya Lorentz dalam teknologi 2) Proses: a) Melakukan percobaan untuk memperlihatkan besar dan arah gaya Lorentz. b) Merancang dan membuat motor listrik sederhana B. Psikomotor: 1. Menyusun rangkaian untuk memperlihatkan gaya Lorentz 2. Menggulung lilitan untuk membuat kumparan untuk motor listrik C. Afektif 1. Memperlihatkan sikap tekun dan teliti 2. Memperlihatkan sikap kerjasama 4. Tujuan Pembelajaran A. Kognitif 1) Produk a) Diberikan kondisi muatan yang berada dalam medan magnet, siswa dapat menjelaskan variabel-variabel yang mempengaruhi besar gaya Lorentz pada muatan, sesuai kunci jawaban dalam Lembar Penilaian (LP). b) Diberikan kondisi kawat berarus yang berada dalam medan magnet, siswa dapat menjelaskan variabel-variabel yang mempengaruhi besar gaya Lorentz pada kawat berarus, sesuai kunci jawaban dalam LP. c) Diberikan arah arus dan arah induksi magnetik, siswa dapat 189


5.

menjelaskan aturan-aturan tentang arah gaya Lorentz, sesuai kunci jawaban dalam LP. d) Diketahui besar kuat arus dan besar induksi magnetik, siswa dapat menghitung besar gaya Lorentz, sesuai kunci jawaban dalam LP. e) Diketahui arah arus dan arah induksi magnetik, siswa dapat menentukan arah gaya Lorentz, sesuai kunci jawaban dalam LP. f) Diberikan kondisi dua kawat sejajar yang berarus, siswa dapat menjelaskan interaksi antara dua kawat sejajar yang berarus listrik, sesuai kunci jawaban dalam LP. g) Setelah berdiskusi dengan teman dalam kelompok, siswa dapat menjelaskan aplikasi gaya Lorentz dalam teknologi, sesuai kunci jawaban dalam LP. 2) Proses a) Diberikan alat/bahan dan petunjuk seperti yang ditunjukkan dalam Lembar Kegiatan Siswa (LKS), siswa dapat melakukan percobaan untuk memperlihatkan besar dan arah gaya Lorentz, sesuai kunci LKS. b) Setelah berdiskusi dengan teman dalam kelompok, siswa dapat merancang dan membuat motor listrik sederhana, yang dapat berfungsi baik. B. Psikomotor 1. Diberikan alat/bahan dan petunjuk seperti yang ditunjukkan dalam LKS, siswa dapat menyusun rangkaian untuk memperlihatkan gaya Lorentz, sesuai kunci LKS. 2. Diberikan alat/bahan dan petunjuk seperti yang ditunjukkan dalam LKS, siswa dapat menggulung lilitan untuk membuat kumparan untuk motor listrik, yang dapat berfungsi baik. C. Afektif 1. Diberikan alat/bahan dan petunjuk seperti yang ditunjukkan dalam LKS, siswa dapat memperlihatkan sikap tekun dan teliti dalam melakukan percobaan 2. Dalam situasi kelas yang mendukung, siswa dapat memperlihatkan sikap kerjasama dalam menyelesaikan proyek. Materi Pembelajaran 1. Gaya Lorentz dan Aplikasinya 1.1. Gaya Lorentz pada Muatan Bila muatan q bergerak dengan kecepatan v dalam medan magnet yang induksi magnetiknya B, besarnya gaya Lorentz:  Sebanding dengan besarnya muatan (q).  Sebanding dengan kecepatan (v).  Sebanding dengan besarnya induksi magnetik (B).  Sebanding dengan sin∠(v,B) Secara keseluruhan: (1) FL = qvB sin ∠( v, B) ...........................................................

190


Arahnya ditentukan dengan aturan genggaman tangan kanan. Bila yang bergerak muatan positif:  Putar arah v ke arah B melalui sudut kecil.  Genggamlah tangan kanan, dan posisikan sedemikian sehingga putaran jari sama dengan putaran v.  Arah gaya lorentz sama dengan arah yang ditunjuk ibu jari. Bila yang bergerak muatan negatif, yang diputar adalah arah – v . v

v FL B

B

+q

-q Gambar 1

1.2. Gaya Lorentz pada kawat lurus Kawat sepanjang L berarus I berada dalam medan magnet B, mengalami gaya Lorentz yang besarnya (a) sebanding L. (b) sebanding B, (c) sebanding I, dan (d) sebanding sin ∠(I,B)

E

Bm

Gambar 2

Secara keseluruhan: F L = L I B sin ∠(I,B) ............................................... (2) Bila kawat tegak lurus B, ∠(I,B) = 900 F L = LIBsin900 = LIB ...........…………………...... (3) Perhitungan gaya Loretz pada kawat secara mikroskopis (berdasarkan gerak muatan). Bila jumlah muatan dalam kawat persatuan panjang λ, muatan bergerak dengan kecepatan v/s, setiap muatan mengalami gaya Lorentz: F L = evBsin(v,B) = evBsin(L,B) Dalam kawat sepanjang L terdapat elekton sebanyak λL. Gaya yang bekerja pada kawat merupakan resultan gaya yang bekerja pada seluruh muatan. ∑ F = λeLvB sin ∠( L, B) Setiap detik elektron bergeser sejauh s = v.1= v. Jumlah elektron yang menembus penampang tiap detik : N = λv, dan besarnya muatan = Ne = λve. Besar muatan yang menembus penampang tiap detik adalah kuat arus (I), maka:I = λve 191


∑ F = ILB sin ∠(L, B) = ILB sin ∠(I, B) Contoh Soal dan Penyelesaiannya Kawat berarus 2,5 amper berada di dalam medan magnet yang induksi magnetiknya B = 25 tesla. Bila bagian yang ada dalam medan magnet berupa kawat lurus panjangnya 10 cm, dan membentuk sudut 600 dengan B, berapa besar gaya lorentz yang bekerja pada kawat tersebut. Data : L = 10 cm = 10-1m, I = 2,5 A, B = 25 T, ∠(I,B) = 600. Masalah : Menghitung F L pada kawat Analisis: B = LIBsin∠(I,B) = 10-1m x 2,5 A x 20 T = 5 N. 1.3. Interaksi antara Dua Kawat Lurus Sejajar Berarus Bila dua kawat yang masing-masing panjangnya l 1 dan l 2 dan berarus i 1 dan i 2 diletakkan berdekatan, apa yang akan terjadi? i 1 berada dalam medan magnet B 2 yang dihasilkan i 2 , maka i 1 mengalami gaya Lorentz; i 2 berada dalam medan magnet B 1 yang dihasilkan i 1 , juga mengalami gaya Lorentz. kawat 1 i1

F 12

kawat 2 i2

F 21

B1

B2 r

Gambar 3 Bila kedua kawat cukup panjang (boleh dianggap tak hingga), titik-titik yang µ I berjarak r dari kawat memiliki induksi magnetik B = o . Untuk dua kawat 2πr sejajar yang berjarak r: µ I Kawat l 1 yang berarus I 1 berada dalam B 2 yang besarnya B2 = o 2 , 2πr mengalami gaya Lorentz: µ I µ II F12 = I 1l1 o 2 = l1 o 1 2 ……………………..... (4) 2πr 2πr

192


Kawat l 2 yang berarus I2 berada dalam B 1 yang besarnya B1 = F21 = I 2 l 2

mengalami gaya Lorentz

µ o I1 µ I I = l2 o 2 1 2πr 2πr

µ o I1 , 2πr

………………………………......(5) Dengan aturan genggaman tangana kanan dapat ditunjukkan bahwa bila arusnya searah gayanya saling menarik (gambar 3.12), dan bila arusnya berlawanan gayanya saling menolak . Tugas: tunjukkan bahwa bila arah arus berlawanan interaksinya saling menolak. Gaya interaksi per satuan panjang kawat: µ ii µ i 1 µ ii F12 = i1l1 o 2 x = o 1 2 ; F21 = i2l2 µoi1 x 1 = o 1 2 2πr 2πr l1 2πr l1 l2 2πr l2 F12 F21 µ o i1i 2 = = l1 l2 2πr …………...............................................(6) Bila jarak antara dua kawat satu meter, kuat arus sama ( i1 = i 2 ), dan ternyata gaya interaksi per satuan panjang kawat adalah sebesar 2 x 10-7 newton, maka kuat arus dalam ke dua kawat tersebut disebut satu ampere. (Definisi lain tentang kuat arus satu amper) 1.4. Aplikasi Gaya Lorentz Piranti yang dibuat dan bekerja berdasarkan gaya Lorentz antara lain motor listrik dan alat ukur listrik. Pada dasarnya motor dan alat ukur listrik kumparan putaran terdiri dari magnet dan kumparan yangdapat berputar bila kumparan tersebut dialiri arus listrik. Bila kumparan kawat persegi panjang dan berarus berada dalam induksi magnetik B, maka setiap bagian dari untai tersebut mengalami gaya Lorentz yang arahnya bergantung pada posisi masing-masing bagian terhadap B dan arah arus. Berikut salah satu keadan (gambar 3.13) (FL)SP

S

I

P

(FL)RS

Q

I

R

B

(FL)QR

(FL)PQ Gambar 4

Dengan aturan genggaman tangan kanan, arah gaya Lorentz pada bagian kawat PQ, QR, RS, dan SP dapat ditentukan. Gaya Lorentz pada kawat PQ dan RS (bila ada), tegak lurus bidang gambar. Besarnya sama, berlawanan 193


arah, dan segaris kerja, maka saling meniadakan .Sedangkan gaya Lorentz pada sisi QR dan SP, besarnya sama, berlawanan, tetapi tidak segaris, sehingga terjadi momen kopel. Momen kopel inilah yang menyebabkan kumparan berputar. Pada motor listrik, struktur alatnya dibuat sedemikian sehingga kumparan terus-menerus berputar selama ada arus yang sesuai, sedangkan pada alat ukur kumparan putar alat disusun sedemikian sehingga kumparan tidak berputar terus menerus, tetapi berputar dengan sudut tertentu sesuai kuat arus dalam kumparan.Makin kuat arus, makin besar sudut putaran.Nilai yang diukur dinyatakan dengan besarnya sudut putar kumparan, yang ditunjukkan oleh jarum.Sudut putaran itu kemudian diubah menjadi skala angka. 6. Metode Pembelajaran 1. Metode Ceramah 2. Metode Eksperimen 3. Metode Proyek 7. Kegiatan Pembelajaran B. Kegiatan Pendahuluan: 10 menit 1. Apersepsi. Melalui tanya jawab guru mengingatkan kembali gejala timbulnya medan magnet di sekitar kawat berarus. 2. Motivasi Guru memberi ilustrasi mengenai beberapa alat yang bekerja dengan prinsip motor, seperti kipas angin, bor listrik dan sebagainya. Guru menyampaikan bahwa prinsip kerja alat-alat tersebut akan dibahas dalam topik gaya Lorentz. 3. Orientasi Guru menyampaikan tujuan pembelajaran dan kegiatan-kegiatan yang akan dilakukan siswa, seperti eksperimen dan tugas. C. Kegiatan Inti Penggalan 1: 80 menit 1. Guru memberikan penjelasan awal mengenai eksperimen gaya Lorentz seperti dalam LKS 01. 2. Siswa dalam kelompok melakukan eksperimen seperti dalam LKS 01. 3. Berdasarkan data eksperimen guru membimbing siswa untuk menyimpulkan dan meformulasikan besar dan arah gaya Lorentz yang dialami muatan dan yang dialami kawat berarus. 4. Guru menjelaskan kaidah tangan kanan, kaidah tangan kiri dan kaidah sekrup untuk menentukan arah gaya Lorentz. 5. Guru memberikan contoh soal dan soal latihan. 6. Siswa menyelesaikan soal latihan dalam kelompok kecil. 7. Setiap kelompok menyampaikan hasil kerja kelompok. 8. Guru memberi komentar atas hasil keja kelompok 9. Siswa membuat rangkuman Penggalan 2: 45 menit 1. Guru memberikan penjelasan mengenai tugas kelompok untuk mebuat motor listrik sederhana 2. Siswa berdiskusi dalam kelompok untuk menyelesaikan tugas tersebut 194


3. Siswa menyelesaikan tugas tersebut di luar jam pelajaran Penggalan 3: 30 menit 1. Setiap kelompok mendemonstrasikan hasil kerja kelompok. 2. Guru memberi komentar atas hasil keja kelompok D. Kegiatan Penutup: 15 menit Guru memberikan evaluasi tertulis singkat (kuis) untuk memperoleh umpan balik. 8. Sumber Belajar dan Alat/Bahan Sumber belajar: Buku Fisika SMA karangan Marten Kanginan Jilid 3B, Silabus, LKS dan kuncinya, lembar penilaian Alat/Bahan: baterai/sumber tegangan searah, magnet batang, kawat email, statif, multimeter. 9. Penilaian A. Jenis penilaian: tes tertulis. Lampiran LP 01: Kisi-kisi tes Lampiran LP 02: Soal Tes B. Jenis penilaian: kinerja Lampiran LP 03: Lembar Penilaian Kinerja C. Jenis penilaian: produk Lampiran LP 04: Lembar Penilain Produk D. Jenis penilaian: sikap Lampiran LP 05: Lembar Penilaian Sikap 10. Lampiran a Lampiran 01 : LKS Eksperimen gaya Lorentz pada kawat berarus b Lampiran 02 : Kunci Jawaban LKS c Lampiran 03 : LP 01: Kisi-kisi tes d Lampiran 04 : LP 02: Soal Tes e Lampiran 05 : LP 03: Kunci Jawaban LP 02 f Lampiran 06 : LP 04: Lembar Penilaian Kinerja g Lampiran 07 : LP 05: Lembar Penilain Produk h Lampiran 08 : LP 06: Lembar Penilaian Sikap

195


Lampiran 1:LKS Eksperimen gaya Lorentz pada kawat berarus Tujuan 1. Menjelaskan variabel-variabel yang mempengaruhi besar gaya Lorentz pada kawat berarus. 2. Menjelaskan aturan-aturan tentang arah gaya Lorentz Alat/Bahan Statif , Baterai, Kawat email, Magnet batang, dan Multimeter Prosedur Rentang kawat email pada statif Tempatkan magnet batang dengan kutub berlawanan, sebelah menyebelah kawat email Aliri kawat dengan arus listrik Amati gerak kawat email

A

1. Observasi dan Analisis 1. Atur arah arus (I) dan arah induksi magnetik (B) sesuai tabel berikut No. Arah I Arah B Arah gerak kawat 1 Timur ke barat Utara ke selatan 2 Barat ke timur Utara ke selatan 3 Timur ke barat Selatan ke utara 4 Barat ke timur Selatan ke utara 5 Utara ke selatan Timur ke barat 6 Utara ke selatan Barat ke timur 7 Selatan ke utara Timur ke barat 8 Selatan ke utara Barat ke timur Amati arah gerak dari kawat dan catat pada tabel di atas. 2. Ubahlah kuat arus pada kawat, dan amati gerak kawat. Makin besar kuat arus I, gerak kawat makin................................... 3. Ubahlah jarak magnet ke kawat, dan amati gerak kawat. Makin dekat magnet ke kawat, artinya besar induksi magnetik B makin .......... Makin dekat magnet ke kawat, gerak kawat makin...................................

196


2. Kesimpulan 2. Berdasarkan tabel arah I, arah B dan arah gerak kawat. a. Jika jempol, jari telunjuk dan jari tengah diposisikan saling tegak lurus, maka jempol menunjukkan arah ....................................., jari telunjuk menunjukkan arah ....................................., dan jari tengah menunjukkan arah ..................................... b. Kalau sekrup diputar dari arah I ke arah B, maka arah maju/mundurnya sekrup menunjukkan arah ................................. 3. Variabel yang mempengaruhi gaya Lorentz adalah a. ..................................... b. ..................................... c. .................................... Lampiran 2: Kunci LKS Eksperimen gaya Lorentz pada kawat berarus No. Arah I Arah B Arah gerak kawat 1 Timur ke barat Utara ke selatan Ke atas 2 Barat ke timur Utara ke selatan Ke bawah 3 Timur ke barat Selatan ke utara Ke bawah 4 Barat ke timur Selatan ke utara Ke atas 5 Utara ke selatan Timur ke barat Ke bawah 6 Utara ke selatan Barat ke timur Ke atas 7 Selatan ke utara Timur ke barat Ke atas 8 Selatan ke utara Barat ke timur Ke bawah 2. Makin besar kuat arus I, gerak kawat makin jauh 3. Makin dekat magnet ke kawat, artinya besar induksi magnetik B makin besar Makin dekat magnet ke kawat, gerak kawat makin jauh Kesimpulan 1. Berdasarkan tabel arah I, arah B dan arah gerak kawat. a. Jika jempol, jari telunjuk dan jari tengah diposisikan saling tegak lurus, maka jempol menunjukkan arah gaya Lorentz, jari telunjuk menunjukkan arah arus, dan jari tengah menunjukkan arah induksi magnetik. b. Kalau sekrup diputar dari arah I ke arah B, maka arah maju/mundurnya sekrup menunjukkan arah gaya Lorentz. 2. Variabel yang mempengaruhi gaya Lorentz adalah a. Kuat arus. b. Induksi magnetik. Lampiran 2: LP 01 Kisi-Kisi INDIKATOR NO. SOAL Kognitif: Produk 1. Menjelaskan variabel-variabel yang mempengaruhi 1 besar gaya Lorentz pada muatan 2. Menjelaskan variabel-variabel yang mempengaruhi 2 besar gaya Lorentz pada kawat berarus. 3. Menjelaskan aturan-aturan tentang arah gaya Lorentz 3 4. Menghitung besar gaya Lorentz. 4 5. Menentukan arah gaya Lorentz 5 6. Menjelaskan interaksi antara dua kawat sejajar yang 6 berarus listrik 7. Menjelaskan aplikasi gaya Lorentz dalam teknologi 7 197


Lampiran 4: LP 02 Soal-soal Tes 1. Jelaskan variabel-variabel yang mempengaruhi gaya Lorentz pada muatan, dan bagaimana pengaruhnya. 2. Jelaskan variabel-variabel yang mempengaruhi gaya Lorentz pada kawat berarus, dan bagaimana pengaruhnya. 3. a. Jelaskan aturan tangan kanan dalam penentuan arah gaya Lorentz b. Jelaskan aturan sekrup dalam penentuan arah gaya Lorentz 4. Sebuah elektron bergerak dengan kecepatan 100.000 m/s dalam medan magnet dengan besar induksi magnetik 10 tesla. Jika arah kecepatan dan arah induksi magnetik saling tegak lurus, berapa newton gaya Lorentz yang dialami elektron? 5. Sebuah kawat berarus mengalirkan arus searah dari arah timur ke barat. Di sebelah atas kawat diletakkan kutub utara magnet, dan di sebelah bawah kawat diletakkan kutub selatan magnet. Ke manakah arah gaya Lorentz yang dialami kawat ? 6. Dua kawat sejajar dialiri arus masing-masing 2 A, dengan arah yang sama. Jarak antara kedua kawat 20 cm. a. Apakah kedua kawat tarik menarik atau tolak menolak ? Jelaskan. b. Berapa newton gaya tarik menarik atau tolak menolak tersebut. 7. Jelaskan prinsip kerja motor listrik. Lampiran 5: Kunci Jawaban LP 02 1. Besar dan jenis muatan, besar dan arah kecepatan muatan, besar dan arah induksi magnetik, sudut antara kecepatan muatan dan induksi magnetik. Pengaruhnya sesuai rumus: F L = q v B sin α 2. Kuat arus dan arah arus, besar dan arah induksi magnetik, panjang kawat, sudut antara arus dan in duksi magnetik. Pengaruhnya sesuai rumus: F L = B i l sin α 3. a. Aturan tangan kanan jari telunjuk = arah arus atau arah kecepatan muatan positif jari tengah = arah induksi magnetik ibu jari = arah gaya Lorentz b. Aturan sekrup Sekrup diputar dari arah arus ke arah induksi magnetik. Gerak maju/mundur sekrup adalah arah gaya Lorentz. 4. F L = q v B sin α = 1,9 x 10-19 x 100.000 x 10 newton = 1,9 x 10-13 N 5. Ke selatan µ I µ II 6. Tarik menarik dan hitung dengan rumus: F12 = I 1l1 o 2 = l1 o 1 2 2πr 2πr 7. Prinsip motor listrik: kumparan dialiri arus searah. Kumparan ada di dalam medan magnet. Dua sisi kumparan yang arah arusnya searah atau berlawanan arah dengan arah induksi magnetik tidak mengalami gaya Lorentz. Dua sisi yang lain yang arah arusnya tegak lurus arah induksi magnetik, mengalami gala Lorentz yang berlawanan. Jadi ada kopel yang memutar kumparan.

198


Lampiran 6: Lembar Penilaian Kinerja A. Soal. Bagaimana kinerja siswa selama melakukan eksperimen sesuai LKS 01 ? B. Lembar Observasi Skor No. Aspek yang Dinilai 0 1 2 1 Ketepatan menyusun dan merangkai peralatan eksperimen 2 Ketepatan mengamati fakta/gejala dan merekam data 3 Ketepatan menganalisis data pengamatan 4 Ketepatan menarik kesimpulan 5 Kerapian dan keselamatan kerja JUMLAH C. Rubrik Penilaian Untuk setiap aspek yang dinilai: Skor 2 untuk kategori baik Skor 1 untuk kategori sedang Skor 0 untuk kategori kurang Nilai Final = (skor yang dicapai : skor maksimum) x 100 % LAMPIRAN 7 LP 05 Lembar Penilaian Produk A. Soal. Rancang dan buatlah motor listrik sederhana. Dikerjakan dalam kelompok, alat dan bahan diusahakan sendiri. B. Lembar Observasi Skor No. Aspek yang Dinilai 0 1 2 1 Ketepatan memilih alat dan bahan dalam rancangan 2 Fungsi alat 3 Kerapian dan keindahan JUMLAH C. Rubrik Penilaian Untuk setiap aspek yang dinilai: Skor 2 untuk kategori baik Skor 1 untuk kategori sedang Skor 0 untuk kategori kurang Nilai Final = (skor yang dicapai : skor maksimum) x 100 %

199


LAMPIRAN 8 LP 06 Lembar Penilaian Sikap A. Soal. Bagaimana sikap siswa selama mengikuti pelajaran, melakukan eksperimen dan berdiskusi. B. Lembar Observasi Skor No. Aspek yang Dinilai 0 1 2 1 Ketekunan 2 Ketelitian 3 Kerjasama JUMLAH C. Rubrik Penilaian Untuk setiap aspek yang dinilai: Skor 2 untuk kategori baik Skor 1 untuk kategori sedang Skor 0 untuk kategori kurang Nilai Final = (skor yang dicapai : skor maksimum) x 100 %

200

Pendalaman Materi Fisika

Recommend Documents