8 Contoh soal Efek Foto Listrik

Nama Sekolah     : ………………….

Tahun Pelajaran   : ………………….

Semester            : ………………….

Kelas                  : XII – IPA

Materi Ajar          : Efek Foto Listrik

Hari/tanggal        : …………………..

Waktu                 : …………………..

Guru                   : Parulian Simorangkir, S.si.,S.Pd

 

Soal : 1

Perhatikan gambar percobaan penyinaran suatu lempeng logam dengan cahaya berikut.

Jika fungsi kerja logam adalah 2,2 eV dan cahaya yang disinarkan memiliki panjang gelombang λ dan frekuensi f tentukan:

a)    energi cahaya minimal yang diperlukan agar elektron lepas dari logam

b)    frekuensi cahaya minimal yang diperlukan agar elektron lepas dari logam

c)    panjang gelombang maksimum yang diperbolehkan agar elektron lepas dari

    logam (Cepat rambat cahaya c = 3 x 10⁸ m/s, tetapan Planck h = 6,6 x 10⁻³⁴ 

    Js, dan 1 eV = 1,6 x 10⁻¹⁹ joule)

 

Pembahasan

Bagian a)

energi cahaya minimal yang diperlukan agar elektron lepas dari logam sama dengan energi cahaya minimal tidak lain adalah energi ambang atau fungsi kerja logam. Sehingga W_o = 2,2 eV.

W_o = 2,2 x (1,6 x 10⁻¹⁹ ) joule

W_o = 3,52 x 10⁻¹⁹ Joule

Bagian b)

frekuensi cahaya minimal yang diperlukan agar elektron lepas dari logam.

Catatan,

energi foton atau cahaya adalah E = hf, E disini dilambangkan sebagai W_o sehingga.

ó W_o = h.f_o

ó 3,52 x 10⁻¹⁹ J = 6,6.10⁻³⁴ x f_o.

ó f_o = 0,53 x 10¹⁵ Joule

Bagian c)

panjang gelombang maksimum yang diperbolehkan agar elektron lepas dari logam

 

Hubungkan dengan kecepatan cahaya.

ó λ_max = c / f_o.

ó λ_max = 3 x 10⁸ / 0,53 x 10¹⁵.

ó λ_max = 5,67 x 10⁻⁷ m

Soal : 2

Perhatikan gambar percobaan penyinaran suatu lempeng logam dengan cahaya berikut :

Jika fungsi kerja logam adalah 2,1 eV dan cahaya yang disinarkan memiliki panjang gelombang 2500 Å dengan konstanta Planck 6,6 x 10⁻³⁴ Js dan 1 eV = 1,6 x 10⁻¹⁹ joule, tentukan :

a)    energi ambang logam dalam satuan joule

b)    frekuensi ambang

c)    panjang gelombang maksimum yang diperlukan untuk melepas elektron dari 

     logam

d)    panjang gelombang dari cahaya yang disinarkan dalam meter

e)    frekuensi dari cahaya yang disinarkan dalam Hz

f)     energi foton cahaya yang disinarkan

g)    energi kinetik dari elektron yang lepas dari logam

Pembahasan

Perhatikan gambar penyelesaian berikut.

Logam yang di dalamnya terdapat elektron-elektron disinari oleh cahaya yang memiliki energi E. Jika energi cahaya ini cukup besar, maka energi ini akan dapat melepaskan elektron dari logam, dengan syarat, energi cahayanya lebih besar dari energi ambang bahan. Elektron yang lepas dari logam atau istilahnya fotoelektron akan bergerak dan memiliki energi kinetik sebesar Ek.

Hubungan energi cahaya yang disinarkan E, energi ambang bahan Wo dan energi kinetik fotoelektron Ek.

E = W_o + Ek

atau

h.f = h.f_o + Ek

Bagian a)

energi ambang logam dalam satuan joule.

W_o = 2,1 ev

W_o = 2,1 x (1,6 x 10⁻¹⁹ ) joule

W_o = 3,36 x 10⁻¹⁹ joule

Bagian b)

frekuensi ambang, f_o :

W_o = h.f_o

3,36 x 10⁻¹⁹ = 6,6 x 10⁻³⁴ x f_o

f_o = 0,51 x 10¹⁵ Hz

Bagian c)

panjang gelombang maksimum yang diperlukan untuk melepas elektron dari logam.

λ_max = c / f_o

λ_max = 3 x 10⁸ / 0,51 x 10¹⁵

λ_max = 5,88 x 10⁻⁷ m

Bagian d)

panjang gelombang dari cahaya yang disinarkan dalam meter

λ = 2500 Å

λ = 2500 x 10⁻¹⁰ m

λ = 2,5 x 10⁻⁷ m

Bagian e)

frekuensi dari cahaya yang disinarkan dalam Hz

f = c/λ

f = (3 x 10⁸)/(2,5 x 10⁻⁷)

f = 1,2 x 10¹⁵ Hz

Bagian f)

energi cahaya yang disinarkan

E = hf

E = (6,6 x 10⁻³⁴) x 1,2 x 10¹⁵ .

E = 7,92 x 10⁻¹⁹ joule.

Bagian g)

energi kinetik dari elektron yang lepas dari logam

ó E = Wo + Ek

ó 7,92 x 10⁻¹⁹ = 3,36 x 10⁻¹⁹ + Ek

ó Ek = (7,92 – 3,36) x 10⁻¹⁹ Joule

ó Ek = 4,56 x 10⁻¹⁹ Joule.

Soal : 3

Sebuah keping logam yang mempunyai energi ambang 2 ev disinari dengan cahaya monokromatis dengan panjang gelombang 6000 Å hingga elektron meninggalkan permukaan logam. Jika h = 6,6 × 10⁻³⁴ Js dan kecepatan cahaya 3 × 10⁸ m/detik, maka energi kinetik elektron yang lepas....

A. 0,1 × 10^–19 joule

B. 0,16 × 10^–19 joule

C. 1,6 × 10^–19 joule

D. 3,2 × 10^–19 joule

E. 19,8 × 10^–19 joule

Pembahasan

 

Diketahui:

Energi ambang Wo

W_o = 2 eV

W_o = 2 x (1,6 x 10⁻¹⁹ )

W_o = 3,2 x 10⁻¹⁹ Joule

Panjang gelombang λ

λ = 6000 Å

λ = 6000 x 10⁻¹⁰ m

λ = 6 x 10⁻⁷ m

ditanya :

energi kinetik foto elektron EK = … ?

Jawab :

Kunci : A

Soal No. 4

Permukaan katode disinari cahaya sampai pada frekuensi tertentu, ternyata tidak terjadi foto elektron. Agar permukaan katode memancarkan foto elektron, usaha yang dapat dilaksanakan adalah …

A.    mengurangi tebal katode dan memperbesar intensitas cahaya

B.    memperbesar panjang gelombang dan memperbesar intensitasnya

C.    mengurangi tebal katode dan memperbesar panjang gelombang

D.    memperbesar frekuensi cahaya sampai frekuensi batas dan memperbesar

    intensitasnya

E.    memperbesar frekuensi cahaya sampai di atas frekuensi batas dan

    memperbesar intensitasnya.

 

Pembahasan

Foto elektron tidak terjadi berarti energi cahaya yang disinarkan masih dibawah energi ambang, untuk itu frekuensi cahaya harus diperbesar hingga menghasilkan energi yang melebihi energi ambang. Untuk memperbanyak jumlah foto elektron yang terjadi, maka intensitas cahaya harus dinaikkan.

 

Kunci : E

 

Soal : 5

Hubungan energi kinetik elektron dan frekuensi penyinaran pada gejala foto listrik terlihat pada grafik di bawah ini.

Apabila konstanta Planck h, besarnya fungsi kerja logam adalah …

A. 1 h

B. 2 h

C. 3 h

D. 4 h

E. 8 h

 

Pembahasan

Dari gambar terlihat frekuensi ambang adalah 4 HZ, sehingga nilai fungsi kerja logam.

 

W_o = hf_o

W_o = h(4)

W_o = 4h

 

Kunci : D

 

Soal : 6

Cahaya dengan panjang gelombang 500 nm meradiasi permukaan logam yang fungsi kerjanya 1,86 × 10^–19 joule. Energi kinetik maksimum foto elektron adalah …

A. 2 × 10^–19 joule

B. 4 × 10^–19 joule

C. 5 × 10^–19 joule

D. 6 × 10^–19 joule

E. 9 × 10^–19 joule

 

Pembahasan

 

Diketahui :

λ = 500 nm

λ = 500 x 10^–9 m

λ = 5 x 10^–7 m

W_o = 1,86 x 10^–19 J

Ditanya : Ek = ....?

Jawab :

Kunci : A

 

Soal : 7

Frekuensi ambang suatu logam sebesar 8 × 10¹⁴ Hz, dan logam tersebut disinari dengan cahaya yang mempunyai frekuensi 10¹⁵ Hz. Jika tetapan Planck = 6,6 × 10^–34 J s, maka energi kinetik foto elektron yang terlepas dari permukaan logam tersebut adalah …

A. 132 × 10^–19 joule

B. 13,2 × 10^–19 joule

C. 1,32 × 10^–19 joule

D. 13,2 × 10^–20 joule

E. 1,32 × 10^–20 joule

 

Pembahasan

Diketahui:

frekuensi ambang f_o = 8 × 10¹⁴ Hz

frekuensi cahaya f = 10¹⁵ = 10 × 10¹⁴ Hz

Ditanya : Ek = ...?

Jawab :

Kunci : C

Soal : 8

Frekuensi ambang natrium adalah 4,4 x 10¹⁴ Hz. Besar potensial penghenti dalam volt bagi natrium saat disinari dengan cahaya yang frekuensinya 6,0 x 10¹⁴ Hz adalah...

A. 0,34

B. 0,40

C. 0,44

D. 0,66

E. 0,99

 

Pembahasan

 

Diketahui :

f = 6,0 x 10¹⁴ Hz

f_o = 6,0 x 10¹⁴ Hz

 

Ditanya :

potensial penghenti, V_o = ...?

EK = h(f−fo)

EP = qV_o

dimana muatan elektron adalah 1,6 x 10⁻¹⁹ Coulomb.

 

ó EK = EP

ó h(f – f_o) = q.V_o

ó 6,6 x 10 ^{– 34} (6,0 – 4,4).10¹⁴ = 1,6 x 10 ^{– 19} . V_o

ó 0,66 Volt

 

Kunci : D