ppt

advertisement
BAHAN AJAR
FISIKA KELAS XII / 1
BURHANI, S.Pd
SMA TITIAN TERAS
JAMBI
Copyright: Nuri_fisika_06
MENU PILIHAN
STANDAR KOMPETENSI
KOMPETENSI DASAR
HUKUM GAUSS
POTENSIAL LISTRIK
&
ENERGI POTENSIAL LISTRIK
LKS
EVALUASI
SELESAI
LESSON PLAN
STANDAR KOMPETENSI
2
Menerapkan konsep kelistrikan dan
kemagnetan dalam berbagai
penyelesaian masalah dan produk
teknologi
KOMPETENSI DASAR
2.1
Memformulasikan gaya listrik, kuat
medan listrik, fluks, potensial listrik,
energi potensial listrik serta
penerapannya pada keping sejajar
HUKUM GAUSS
Untuk memahami hukum Gauss
kita harus mengetahui terlebih
dahul tentang Fluks Listrik, 
  E  A  cos
Amati animasi berikut tentang
fluks listrik
Fluks listrik yang menembus suatu
permukaan tertutup sama dengan jumlah
muatan listrik yang dilingkupi oleh
permukaan tertutup itu dibagi dengan
permitivitas udara (The net flux passing through
any closed surface is equal to the net charge inside
the surface divided by o)
Bagaimana pernyataan hukum
Gauss dalam bentuk
persamaan???
Tips
Perhatikan fluks listrik di sekitar benda-benda bermuatan
listrik dengan besar muatan tertentu !
Apakah yang dapat disimpulkan dari pengamatan anda ini ?
Persamaan Hukum Gauss
ingat persamaan jangan dihapal tapi diingat
 net
Q
  EA cos  
o
Bukti untuk kuat medan listrik:
Q
Q
 net   EA cos   4 r E  E 
 ke 2
2
4 0 r
r
2
Beda Potensial dan Potensial
Listrik
E
B
A
d
• Gaya elektrostatik
bersifat konservatif
• Secara mekanik, usaha
adalah
W  Fd cos
Usaha yang dilakukan untuk
memindahkan sebuah
muatan listrik dari A ke B
adalah
W  Fd cos   qEd
Interaksi listrik statik bersifat
konservatif karena...........
– Tidak ada disipasi energi
ketika partikel bermuatan
berpindah dalam medan
listrik.
– Potensial listrik merupakan
fungsi keadaan.
r
q1q2 B 1
w
dr
2

4 0 D rA r
q1q2  1 1 

  
4 0 D  rB rA 
Muatan listrik dipindahkan secara radial
Energi Potensial medan listrik statik
• Usaha pada gaya konservatif sama
dengan negatif dari perubahan energi
potensial, DPE
DPE  W  qEd
Persamaan ini hanya berlaku untuk medan listrik serba sama /
homogen, dan dari persamaan ini kita akan mengenal konsep
potensial listrik.
Contoh soal
Potensial Listrik
• Beda potensial listrik antara dua titik
DPE
DV  VB  VA 
q
• Potensial listrik merupakan besaran skalar
dan disebut juga tegangan.
Potensial Listrik Pada sebuah Titik
di Sekitar Muatan Listrik
q
V  ke
r
Titik ukur
potensial listrik
r
Muatan,
q
Jarak titik terhadap
muatan, q
Bagaimana pengaruh
jarak titik ukur terhadap
besarnya potensial listrik ?
Amati perubahan besar potensial listrik di sekitar
muatan listrik positif dan arah kuat medan listrik !
Apakah yang dapat disimpulkan dari pengamatan anda ini ?
Amati perubahan besar potensial listrik di sekitar
muatan listrik negatif dan arah kuat medan listrik !
Apakah yang dapat disimpulkan dari pengamatan anda ini ?
Amati perubahan besar muatan listrik di sekitar
medan listrik !
Apakah yang dapat disimpulkan dari pengamatan anda ini ?
Amati simulasi perubahan besar potensial listrik di sekitar
muatan listrik positif !
Apakah yang dapat disimpulkan dari pengamatan anda ini ?
Analogi antara medan gravitasi dan medan
gravitasi listrik
Kesamaan teorema energi kinetik-potensial terhadap usaha
A
A
d
E
q
B
d
g
m
B
Jika sebuah muatan diarahkan dari A, ia akan mengalami
percepatan dalam arah medan listrik, yaitu penguatan
energi kinetik, demikian juga sebaliknya.
KEi  PEi  KE f  PE f
Contoh soal
LESSON PLAN
Nama
Sekolah
Mata Pelajaran
Kompetensi Dasar
:
:
:
:
Burhani, S.Pd
SMA Titian Teras
Fisika
2.1 Memformulasikan gaya listrik, kuat medan listrik, fluks,
potensial listrik, energi potensial listrik serta penerapannya pada keping
sejajar.
Indikator : • Mengaplikasikan hukum Coulomb dan Gauss untk mencari medan listrik bagi
distribusi muatan kontinu.
• Memformulasikan energi potensial listrik dan kaitannya dengan gaya/medan listrik
dan potensial listrik.
Materi Pokok
Kelas / Semester
: Listrik Statik
: XII / 1
Sasaran Hasil Belajar
Waktu
: Siswa dapat memformulasikan persamaan-persamaan
dalam listrik statik.
: 2 x 45 menit
Perangkat ICT/sumber yang digunakan : Hand-out, LKS, Buku fisika, komputer
yang terkoneksi dengan internet dan
software terinstall berupa Flash, Java, adobe, dan
Power Point XP.
URL
: http://www.colorado.edu/physics/2000/applets/h2ob.html
Syarat mutlak keterampilan ICT
: Siswa mampu mengoperasikan
Internet, Word, dan Power Point.
Persiapan sebelum KBM
: Memeriksa komputer/note book,
LCD proyektor, koneksi internet wireless dan
website.
Waktu
Metode/Aktifitas guru
Aktifitas Siswa
Bahan/Peralatan/
Sumber
10 menit
Menjelaskan tujuan dan
langkah kegiatan dan
membagikan hand-out kepada
siswa
Siswa dikelompokan dalam group (3-4 siswa)
Mempersiapkan
notebook, LCD
proyektor,
presentasi Power
Point, website
20 menit
Presentasi
Siswa mengamati presentasi
Buku catatan dan
alat tulis
15 menit
Diskusi secara berkelompok
Siswa mendiskusikan tentang hukum Gauss,
potensial dan energi potensial listrik
Buku catatan,
buku reeferensi
dan alat tulis
30 menit
Siswa di minta mengaktifkan
notebook
Siswa melakukan browsing dan mendownload
informasi yang berhubungan dengan materi
LKS, notebook
15 menit
Membagikan instrument
penilaian kepada siswa secara
manual.
Siswa mengerjakan
Instrument
penilaian, kertas
dan alat tulis
Metode Penilaian : Pertanyaan dan pemecahan soal
Soal Untuk Penilaian Kognitif :
1.
Diketahui potensial titik A 110 V, dan potensial di titik B -10 V. Hitung usaha yang
dibutuhkan untuk memindahkan electron dari bola A ke Bola B.
2.
Medan listrik sebesar 2 x 105 N/C menembus sebuah bidang permukaan seluas 1
mm2. Jika arah medan listrik membentuk sudut 60o terhadap garis normal bidang,
maka tentukan fluks listrik !
3.
Potensial di suatu titik yang berjarak r dari muatan Q adalah 600 volt.
Intensitas medan di titik tersebut = 400 N/C. Jika k = 9.109 Nm2/C2,
maka berapakah besar muatan Q ?
Lembar Kerja Siswa
Judul
Mata Pelajaran
Kelas/Semester
Waktu
: Hukum Gauss
: Fisika
: XII/1
: 2 x 45 menit
Standar Kompetensi yang akan dicapai:
2. Menerapkan konsep kelistrikan dan kemagnetan dalam berbagai penyelesaian masalah dan produk teknologi
Petunjuk Belajar :
 Baca literatur yang berhubungan dengan hukum Gauss, potensial dan energi potensial listrik
 Baca LKS sebelum anda melakukan penjelajahan dalam internet
 Kumpulkan data-data berupa informasi tercetak dan gambar
 Apabila terdapat kesulitan dapat didiskusikan dengan guru
 Jalin kerja sama antar rekan setim.
Kompetensi Dasar yang akan dicapai:
2.1 Memformulasikan gaya listrik, kuat medan listrik, fluks, potensial listrik, energi potensial listrik
serta penerapannya pada keping sejajar.
Indikator:
 Mengaplikasikan hukum Coulomb dan Gauss untk mencari medan listrik bagi distribusi muatan kontinu
 Memformulasikan energi potensial listrik dan kaitannya dengan gaya/medan listrik dan potensial listrik
Informasi:
Fluks listrik didefinisikan sebagai jumlah/banyaknya garisgaris medan listrik yang menembus tegak lurus suatu
bidang.
Pernyataan hukum Gauss, ”Fluks listrik yang menembus
suatu permukaan tertutup sama dengan jumlah muatan
listrik yang dilingkupi oleh permukaan tertutup itu dibagi
dengan permitivitas udara”
Potensial listrik adalah perubahan energi potensial per
satuan muatan yang terjadi ketika sebuah muatan uji
dipindahkan dari suatu titik yang tak berhingga jauhnya ke
titik yang ditanyakan.
Energi potensial listrik adalah usaha yang dibutuhkan
sebuah muatan listrik untuk dipindahkan dari sebuah titik.
Kuat medan listrik dan potensial listrik saling berhubungan.
Tempat
: Taman sekolah
Alat dan Bahan
: Notebook, koneksi internet (wireless),
flash disk dan peralatan tulis menulis
Langkah Kerja:
1.
Aktifkan notebook
2.
Aktifkan koneksi dengan internet
3.
Aktifkan situs search engine : www.google.com atau www.google.co.id
4.
Ketikan kata kunci materi seperti +electrostatic, +potensialenergy, atau
+gauss dan akhiri dengan mengetikkan filetype: swf atau filetype: ppt pada
tempat yang telah disediakan
Contoh: +electrostatic filetype: swf atau +electrostatic filetype: ppt
URL alternative:
http://www.upscale.utoronto.ca/GeneralInterest/Harrison/Flash/EM/LightWave/Wav
e.html
http://www.colorado.edu/physics/2000/applets/forcefield.html
http://www.glenbrook.k12.il.us/gbssci/phys/mmedia/index.html#estatic
1.
Lakukan download file atau gambar dan simpan pada flash disk anda dengan
nama folder Tugas_fisika_elektrostatik_[tulis nomor kelompok]
2.
Dapatkan informasi dan gambar (boleh animasi atau video) masing-masing
minimal 3 file dan gambar.
Penilaian:
Penilaian Kognitif : Tes tertulis dan penilaian produk
Penilaian afektif
: Pengamatan individu dalam kelompok
Tindak lanjut:
Mempresentasikan hasil produk dalam diskusi kelas dengan menggunakan
LCD proyektor
EVALUASI
(Jodohkan pernyataan sebelah kiri dengan persamaan sebelah kanan)
1.
2.
3.
4.
5.
Persamaan hukum Gauss
tentang medan listrik.
Persamaan perubahan
energi potensial.
Persamaan pontensial
mutlak.
Persamaan hubungan kuat
medan dan potensial
listrik
Persamaan kuat medan
listrik pada konduktor
keping sejajar.
a.
V k
q
r
b.
Ep  k
q
r2
V 
E
d
c.
d.
E  A  cos  
q
0
e.
E 
f.
1 1
Ep  k  q1  q2   
 r2 r1 
g.
h.
E 
q
0 A
V
d
  E  A  cos
Example: motion of an electron
What is the speed of an electron accelerated from rest across a
potential difference of 100V? What is the speed of a proton
accelerated under the same conditions?
Given:
DV=100 V
me = 9.1110-31 kg
mp = 1.6710-27 kg
|e| = 1.6010-19 C
Vab
Observations:
1. given potential energy
difference, one can find the
kinetic energy difference
2. kinetic energy is related to
speed
KEi  PEi  KE f  PE f
KE f  KEi  KE f  DPE  qDV
Find:
ve=?
vp=?
1 2
2 qDV
mv f  qDV  v f 
2
m
ve  5.9 106 m , v p  1.3 105 m
s
s
Mini-quiz: potential energy of an
ion
Three ions, Na+, Na+, and Cl-, located such, that they
form corners of an equilateral triangle of side 2 nm in
water. What is the electric potential energy of one of the
Na+ ions?
Cl?
qNa qCl
qNa qNa
qNa
PE  ke
 ke
 ke
 qCl  qNa 
r
r
r
but : qCl  qNa !
Na+
Na+
qNa
PE  ke
 qNa  qNa   0
r
Example : ionization energy of
the electron in a hydrogen atom
In the Bohr model of a hydrogen atom, the electron, if it is in the
ground state, orbits the proton at a distance of r = 5.2910-11 m. Find
the ionization energy of the atom, i.e. the energy required to remove
the electron from the atom.
Note that the Bohr model, the idea of electrons as tiny balls orbiting the nucleus, is not
a very good model of the atom. A better picture is one in which the electron is spread
out around the nucleus in a cloud of varying density; however, the Bohr model does
give the right answer for the ionization energy
In the Bohr model of a hydrogen atom, the electron, if it is in the ground state,
orbits the proton at a distance of r = 5.29 x 10-11 m. Find the ionization energy,
i.e. the energy required to remove the electron from the atom.
Given:
r = 5.292 x 10-11 m
me = 9.1110-31 kg
mp = 1.6710-27 kg
|e| = 1.6010-19 C
Find:
E=?
The ionization energy equals to the total energy of the
electron-proton system,
E  PE  KE
e2
v2
, KE  m
with PE  ke
r
2
The velocity of e can be found by analyzing the force
on the electron. This force is the Coulomb force;
because the electron travels in a circular orbit, the
acceleration will be the centripetal acceleration:
mac  Fc
or
v2
e2
m  ke 2 ,
r
r
or
e2
v  ke
,
mr
2
Thus, total energy is
e2 m  ke e2 
e2
18
E  ke  


k


2.18

10
J  -13.6 eV

e
r 2  mr 
2r
Example of using Gauss’s Law
oh no! I’ve just forgotten Coulomb’s Law!
Not to worry I remember Gauss’s Law
q
r2
Q
consider spherical surface
centred on charge

Q
0
By symmetry E is  to surface
 | E | A 
Q
0
| E | 4r 2 
1 Q
1 Q
| E |

4r 2  0 40 r 2
F=qE
Q
0
F
1 qQ
4r 2  0
Phew!
Example of using Gauss’s Law
What’s the field around a charged spherical
shell?
Q
in
Again consider spherical
surface centred on
charged shell
Q
 out 
Outside
0
 out
So as e.g. 1
| E |
1
Q
40 r 2
Inside
charge within surface = 0
in  0
E 0
TERIMA KASIH
SEMOGA PENGALAMAN DAN PENGETAHUAN
YANG TELAH ANDA PEROLEH DAPAT
BERMANFAAT DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI
Dibuat oleh: Burhani, S.Pd
[email protected]_jambi
Download