Pembahasan Fisika UN: Efek Fotolistrik

Pembahasan soal-soal Ujian Nasional (UN) bidang studi Fisika SMA dengan materi pembahasan Efek Fotolistrik yang meliputi faktor-faktor yang memengaruhi efek fotolistrik, hubungan antara frekuensi, panjang gelombang, intensitas foton, serta energi ambang terhadap lepasnya elektron, kecepatan, dan energi kinetik yang dihasilkan.

Soal tentang Efek Fotolistrik UN 2015

Faktor-faktor sebagai berikut:

1. Frekuensi foton yang datang.
2. Fungsi kerja logam.
3. Intensitas cahaya yang datang.
4. Tetapan Stefan-Boltzmann.

Yang memengaruhi besarnya energi kinetik maksimum pada efek fotolistrik adalah ....

A.   (1) dan (2)
B.   (1) dan (3)
C.   (2) dan (3)
D.   (2) dan (4)
E.   (3) dan (4)

Pembahasan

Energi kinetik yang terjadi pada peristiwa efek fotolistrik dirumuskan sebagai:

E_k = hf − W

dengan:

f   : frekuensi foton yang datang
h  : tetapan Planck
W : energi ambang atau fungsi kerja logam

Jadi, faktor yang memengaruhi energi kinetik maksimum pada efek fotolistrik adalah pernyataan 1 dan 2 (A).

Soal tentang Efek Fotolistrik UN 2014

Perhatikan pernyataan berikut!

1. Frekuensi cahaya yang menyinari katoda harus lebih besar dari frekuensi ambang.
2. Fungsi kerja logam katoda lebih besar dari energi cahaya yang menyinari katoda.
3. Panjang gelombang ambang harus lebih besar dari panjang gelombang cahaya yang menyinari katoda.
4. Energi kinetik elektron yang terlepas dari katoda harus lebih besar dari energi ambang.

Agar terjadi fotoelektron maka harus memenuhi ....

A.   (1) dan (2)
B.   (1) dan (3)
C.   (2) dan (3)
D.   (2) dan (4)
E.   (3) dan (4)

Pembahasan

Fotoelektron adalah terlepasnya elektron dari permukaan logam karena logam tersebut disinari oleh cahaya (foton). Terlepasnya elektron tersebut akan menimbulkan energi kinetik yang dirumuskan:

E_k = E − W
     = hf − hf₀
     = hc/λ − hc/λ₀

Berdasarkan rumus tersebut, agar terjadi fotoelektron (menghasilkan energi kinetik) maka:

• Fungsi kerja logam (W) harus lebih kecil energi foton (E) [pernyataan 2 salah]
• Frekuensi cahaya yang datang (f) harus lebih besar dari frekuensi ambang logam (f₀) [pernyataan 1 benar]
• Panjang gelombang ambang (λ₀) harus lebih besar daripada panjang gelombang sinar datang (λ). [pernyataan 3 benar]

Jadi, agar terjadi fotoelektron maka harus memenuhi pernyataan 1 dan 3 (B).

Soal tentang Efek Fotolistrik UN 2012

Pernyataan yang benar tentang efek fotolistrik adalah …

A.   Peristiwa efek fotolistrik dapat dijelaskan dengan menganggap cahaya sebagai gelombang.
B.   Elektron yang keluar dari permukaan logam akan berkurang jika frekuensi cahayanya diperbesar.
C.   Intensitas cahaya tidak memengaruhi energi elektron yang keluar dari permukaan logam.
D.   Efek fotolistrik terjadi pada daerah inframerah.
E.   Efek fotolistrik akan terjadi asalkan intensitas cahaya yang mengenai logam cukup besar.

Pembahasan

Penjelasan tentang efek fotolistrik adalah sebagai berikut:

• Efek fotolistrik adalah salah satu bukti bahwa cahaya bisa berlaku sebagai partikel [opsi A salah]
• Jika frekuensi cahaya diperbesar maka gerak elektron semakin cepat sehingga menghasilkan energi kinetik yang besar [opsi B salah]
• Intensitas cahaya hanya memperbanyak elektron yang lepas tetapi tidak memengaruhi gerak elektron dan energi yang dihasilkan [opsi C benar, E salah]
• Efek fotolistrik terjadi pada daerah cahaya tampak [opsi D salah]

Jadi, pernyataan yang benar tentang efek fotolistrik adalah opsi (C).

Soal tentang Efek Fotolistrik UN 2013

Perhatikan pernyataan berikut!

1. Lepas tidaknya elektron dari logam ditentukan oleh panjang gelombang cahaya yang datang.
2. Intensitas cahaya yang datang tidak menjamin keluarnya elektron dari permukaan logam.
3. Di bawah frekuensi ambang, elektron tetap keluar dari logamnya asal intensitas cahaya yang datang diperbesar.

Pernyataan yang benar yang berkaitan dengan efek fotolistrik adalah ….

A.   (1), (2), dan (3)
B.   (1) dan (2) saja
C.   (1) dan (3) saja
D.   (2) dan (3) saja
E.   (3) saja

Pembahasan

Mari kita amati ketiga pernyataan di atas!

• Lepas tidaknya elektron bergantung pada frekuensi (f) atau panjang gelombang (λ) cahaya yang datang (lihat rumus pada soal no. 127) [pernyataan 1 benar]
• Meskipun intensitas cahaya yang datang besar tetapi jika frekuensinya masih di bawah ambang logam maka elektron tidak akan keluar dari permukaan logam [pernyataan 2 benar dan 3 salah]

Jadi, Pernyataan yang benar yang berkaitan dengan efek fotolistrik adalah pernyataan 1 dan 2 (B).

Soal tentang Efek Fotolistrik UAN 2003

Perhatikan gambar di bawah ini!

Bila tetapan Planck 6,6 × 10^–34 Js maka fungsi kerja logam A adalah ….

A.   0 joule
B.   6,6 × 10^–20 joule
C.   6,6 × 10^–26 joule
D.   6,6 × 10^–34 joule
E.   6,6 × 10^–48 joule

Pembahasan

Energi kinetik yang dihasilkan dalam peristiwa efek fotolistrik dirumuskan:

E_k = hf − W

Untuk mendapatkan nilai fungsi kerja logam (W) bisa memanfaatkan salah satu data pada grafik di atas.
Misal kita mengambil data pertama:

   f = 2 ×10¹⁴ Hz
E_k = 6,6 × 10^–20 J

Dengan demikian, diperoleh:

E_k = hf − W    atau
W = hf − E_k
    = 6,6 × 10^–34 × 2 ×10¹⁴ − 6,6 × 10^–20
    = 2 × 6,6 × 10^–20 − 6,6 × 10^–20
    = 6,6 × 10^–20 (2 − 1)
    = 6,6 × 10^–20

Jadi, fungsi kerja logam A adalah 6,6 × 10^–20 J (B).

Pembahasan soal Efek Fotolistrik yang lain bisa disimak di:
Pembahasan Fisika UN 2014 No. 37
Pembahasan Fisika UN 2015 No. 37
Pembahasan Fisika UN 2016 No. 38

Simak juga, Pembahasan Fisika UN; Fisika Inti.

Dapatkan pembahasan soal dalam file pdf  di sini.

Demikian, berbagi pengetahuan bersama Kak Ajaz. Silakan bertanya di kolom komentar apabila ada pembahasan yang kurang jelas. Semoga berkah.