Contoh soal efek Compton membantu memahami salah satu bukti bahwa cahaya memiliki sifat partikel. Efek Compton merupakan peristiwa perubahan panjang gelombang foton sinar-X atau sinar gamma setelah mengalami tumbukan dengan elektron.
Ketika foton bertumbukan dengan elektron, sebagian energi dan momentum foton dapat berpindah kepada elektron. Akibatnya, panjang gelombang foton setelah tumbukan menjadi lebih besar daripada panjang gelombang sebelum tumbukan.
Rumus perubahan panjang gelombang pada efek Compton adalah:
Δλ = λ’ − λ = (h / (mₑc))(1 − cos θ)
Keterangan:
- Δλ = perubahan panjang gelombang foton
- λ = panjang gelombang foton sebelum tumbukan
- λ’ = panjang gelombang foton setelah tumbukan
- h = konstanta Planck = 6,626 × 10⁻³⁴ J s
- mₑ = massa elektron = 9,11 × 10⁻³¹ kg
- c = cepat rambat cahaya = 3 × 10⁸ m/s
- θ = sudut hamburan foton
Besaran h / (mₑc) disebut panjang gelombang Compton elektron dengan nilai sekitar:
λc = 2,426 × 10⁻¹² m
Selain perubahan panjang gelombang, energi foton dapat dihitung menggunakan:
E = hc / λ
Sedangkan momentum foton dapat dihitung dengan:
p = h / λ
Dalam soal efek Compton, ketelitian dalam menggunakan satuan dan sudut hamburan sangat penting.
Soal Nomor 1
Pertanyaan
Fenomena yang menunjukkan perubahan panjang gelombang foton setelah foton bertumbukan dengan elektron disebut ….
Pilihan Jawaban
A. efek fotolistrik
B. efek Compton
C. difraksi elektron
D. emisi termionik
E. interferensi cahaya
Jawaban Benar
B. efek Compton
Pembahasan Lengkap
Efek Compton adalah peristiwa ketika foton mengalami hamburan setelah bertumbukan dengan elektron sehingga panjang gelombangnya mengalami perubahan.
Perubahan tersebut menunjukkan adanya pertukaran energi dan momentum antara foton dan elektron.
Kompetensi yang Diukur
Memahami konsep dasar efek Compton.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu mengidentifikasi fenomena fisika yang berkaitan dengan perubahan panjang gelombang foton akibat tumbukan dengan elektron.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C2 – Memahami.
Tingkat Kesulitan
Mudah.
Estimasi Waktu Pengerjaan
1 menit.
Soal Nomor 2
Pertanyaan
Pada efek Compton, jika panjang gelombang foton setelah hamburan lebih besar daripada sebelum hamburan, maka energi foton setelah hamburan ….
Pilihan Jawaban
A. lebih besar
B. tetap sama
C. lebih kecil
D. menjadi nol
E. tidak dapat dibandingkan
Jawaban Benar
C. lebih kecil
Pembahasan Lengkap
Energi foton diberikan oleh:
E = hc / λ
Karena h dan c tetap, energi foton berbanding terbalik dengan panjang gelombangnya.
Jika panjang gelombang bertambah, energi foton berkurang.
Jadi, energi foton setelah hamburan menjadi lebih kecil.
Kompetensi yang Diukur
Menganalisis hubungan energi dan panjang gelombang foton.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan perubahan energi foton berdasarkan perubahan panjang gelombangnya.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C4 – Menganalisis.
Tingkat Kesulitan
Mudah.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 3
Pertanyaan
Sebuah foton mengalami hamburan Compton dengan sudut θ = 90°. Jika panjang gelombang Compton elektron adalah 2,426 × 10⁻¹² m, perubahan panjang gelombangnya adalah ….
Pilihan Jawaban
A. 0 m
B. 1,213 × 10⁻¹² m
C. 2,426 × 10⁻¹² m
D. 4,852 × 10⁻¹² m
E. 9,704 × 10⁻¹² m
Jawaban Benar
C. 2,426 × 10⁻¹² m
Pembahasan Lengkap
Rumus perubahan panjang gelombang:
Δλ = λc(1 − cos θ)
Untuk θ = 90°:
cos 90° = 0
Maka:
Δλ = 2,426 × 10⁻¹² × (1 − 0)
Δλ = 2,426 × 10⁻¹² m
Jadi, perubahan panjang gelombangnya adalah 2,426 × 10⁻¹² m.
Kompetensi yang Diukur
Menghitung perubahan panjang gelombang pada efek Compton.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menggunakan persamaan efek Compton berdasarkan sudut hamburan.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C3 – Menerapkan.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 4
Pertanyaan
Sebuah foton mengalami hamburan Compton dengan sudut 60°. Jika λc = 2,426 × 10⁻¹² m, perubahan panjang gelombang foton adalah ….
Pilihan Jawaban
A. 0,6065 × 10⁻¹² m
B. 1,213 × 10⁻¹² m
C. 2,426 × 10⁻¹² m
D. 3,639 × 10⁻¹² m
E. 4,852 × 10⁻¹² m
Jawaban Benar
B. 1,213 × 10⁻¹² m
Pembahasan Lengkap
Gunakan:
Δλ = λc(1 − cos θ)
Untuk θ = 60°:
cos 60° = 0,5
Sehingga:
Δλ = 2,426 × 10⁻¹² × (1 − 0,5)
Δλ = 2,426 × 10⁻¹² × 0,5
Δλ = 1,213 × 10⁻¹² m
Jadi, perubahan panjang gelombangnya adalah 1,213 × 10⁻¹² m.
Kompetensi yang Diukur
Menghitung perubahan panjang gelombang foton.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan perubahan panjang gelombang berdasarkan panjang gelombang Compton dan sudut hamburan.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C3 – Menerapkan.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 5
Pertanyaan
Jika foton mengalami hamburan Compton dengan sudut θ = 0°, perubahan panjang gelombang foton adalah ….
Pilihan Jawaban
A. 0
B. λc / 2
C. λc
D. 2λc
E. 4λc
Jawaban Benar
A. 0
Pembahasan Lengkap
Gunakan persamaan:
Δλ = λc(1 − cos θ)
Untuk θ = 0°:
cos 0° = 1
Maka:
Δλ = λc(1 − 1)
Δλ = 0
Jadi, perubahan panjang gelombang adalah 0.
Kompetensi yang Diukur
Memahami pengaruh sudut hamburan terhadap perubahan panjang gelombang.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan perubahan panjang gelombang ketika sudut hamburan diketahui.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C3 – Menerapkan.
Tingkat Kesulitan
Mudah.
Estimasi Waktu Pengerjaan
1 menit.
Soal Nomor 6
Pertanyaan
Sebuah foton memiliki panjang gelombang 6,626 × 10⁻⁷ m. Jika h = 6,626 × 10⁻³⁴ J s dan c = 3 × 10⁸ m/s, energi foton tersebut adalah ….
Pilihan Jawaban
A. 1 × 10⁻¹⁹ J
B. 2 × 10⁻¹⁹ J
C. 3 × 10⁻¹⁹ J
D. 4 × 10⁻¹⁹ J
E. 5 × 10⁻¹⁹ J
Jawaban Benar
B. 3 × 10⁻¹⁹ J
Pembahasan Lengkap
Gunakan rumus:
E = hc / λ
Substitusi:
E = (6,626 × 10⁻³⁴ × 3 × 10⁸) / (6,626 × 10⁻⁷)
Pangkat sepuluh:
10⁻³⁴ × 10⁸ = 10⁻²⁶
Kemudian:
E = (6,626 × 3 / 6,626) × 10⁻¹⁹
E = 3 × 10⁻¹⁹ J
Jadi, energi foton adalah 3 × 10⁻¹⁹ J.
Kompetensi yang Diukur
Menghitung energi foton berdasarkan panjang gelombang.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menggunakan persamaan energi foton dalam menyelesaikan masalah fisika.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C3 – Menerapkan.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 7
Pertanyaan
Sebuah foton memiliki panjang gelombang 6,626 × 10⁻⁷ m. Jika h = 6,626 × 10⁻³⁴ J s, momentum foton tersebut adalah ….
Pilihan Jawaban
A. 1 × 10⁻²⁷ kg m/s
B. 2 × 10⁻²⁷ kg m/s
C. 3 × 10⁻²⁷ kg m/s
D. 4 × 10⁻²⁷ kg m/s
E. 5 × 10⁻²⁷ kg m/s
Jawaban Benar
C. 1 × 10⁻²⁷ kg m/s
Pembahasan Lengkap
Rumus momentum foton:
p = h / λ
Substitusi:
p = (6,626 × 10⁻³⁴) / (6,626 × 10⁻⁷)
p = 1 × 10⁻²⁷ kg m/s
Jadi, momentum foton adalah 1 × 10⁻²⁷ kg m/s.
Kompetensi yang Diukur
Menghitung momentum foton.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan momentum foton berdasarkan panjang gelombangnya.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C3 – Menerapkan.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 8
Pertanyaan
Sebuah foton mengalami hamburan Compton pada sudut 180°. Jika panjang gelombang Compton elektron adalah 2,426 × 10⁻¹² m, perubahan panjang gelombang foton adalah ….
Pilihan Jawaban
A. 1,213 × 10⁻¹² m
B. 2,426 × 10⁻¹² m
C. 3,639 × 10⁻¹² m
D. 4,852 × 10⁻¹² m
E. 9,704 × 10⁻¹² m
Jawaban Benar
D. 4,852 × 10⁻¹² m
Pembahasan Lengkap
Gunakan:
Δλ = λc(1 − cos θ)
Untuk θ = 180°:
cos 180° = −1
Maka:
Δλ = 2,426 × 10⁻¹² × [1 − (−1)]
Δλ = 2,426 × 10⁻¹² × 2
Δλ = 4,852 × 10⁻¹² m
Jadi, perubahan panjang gelombangnya adalah 4,852 × 10⁻¹² m.
Kompetensi yang Diukur
Menganalisis perubahan panjang gelombang maksimum pada efek Compton.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menghitung perubahan panjang gelombang pada sudut hamburan tertentu.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C4 – Menganalisis.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 9
Pertanyaan
Jika panjang gelombang foton sebelum tumbukan adalah 5,000 × 10⁻¹² m dan perubahan panjang gelombang akibat efek Compton adalah 1,213 × 10⁻¹² m, panjang gelombang foton setelah hamburan adalah ….
Pilihan Jawaban
A. 3,787 × 10⁻¹² m
B. 4,213 × 10⁻¹² m
C. 5,000 × 10⁻¹² m
D. 6,213 × 10⁻¹² m
E. 7,426 × 10⁻¹² m
Jawaban Benar
D. 6,213 × 10⁻¹² m
Pembahasan Lengkap
Hubungan panjang gelombang sebelum dan sesudah hamburan:
λ’ = λ + Δλ
Diketahui:
λ = 5,000 × 10⁻¹² m
Δλ = 1,213 × 10⁻¹² m
Maka:
λ’ = 5,000 × 10⁻¹² + 1,213 × 10⁻¹²
λ’ = 6,213 × 10⁻¹² m
Jadi, panjang gelombang setelah hamburan adalah 6,213 × 10⁻¹² m.
Kompetensi yang Diukur
Menentukan panjang gelombang foton setelah hamburan Compton.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menggunakan perubahan panjang gelombang untuk menentukan panjang gelombang foton setelah hamburan.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C3 – Menerapkan.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 10
Pertanyaan
Sebuah foton mengalami hamburan Compton dengan sudut 90°. Jika panjang gelombang awal foton adalah 4,000 × 10⁻¹² m dan λc = 2,426 × 10⁻¹² m, panjang gelombang foton setelah hamburan adalah ….
Pilihan Jawaban
A. 4,000 × 10⁻¹² m
B. 5,213 × 10⁻¹² m
C. 6,426 × 10⁻¹² m
D. 7,213 × 10⁻¹² m
E. 8,852 × 10⁻¹² m
Jawaban Benar
C. 6,426 × 10⁻¹² m
Pembahasan Lengkap
Untuk sudut 90°:
cos 90° = 0
Perubahan panjang gelombang:
Δλ = λc(1 − cos 90°)
Δλ = 2,426 × 10⁻¹² × 1
Δλ = 2,426 × 10⁻¹² m
Panjang gelombang setelah hamburan:
λ’ = λ + Δλ
λ’ = 4,000 × 10⁻¹² + 2,426 × 10⁻¹²
λ’ = 6,426 × 10⁻¹² m
Jadi, panjang gelombang foton setelah hamburan adalah 6,426 × 10⁻¹² m.
Kompetensi yang Diukur
Menganalisis perubahan panjang gelombang dan menentukan panjang gelombang akhir foton.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menerapkan persamaan efek Compton untuk menentukan panjang gelombang foton setelah hamburan.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C4 – Menganalisis.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
3 menit.
Soal Nomor 11
Pertanyaan
Sebuah foton mengalami hamburan Compton dengan sudut 60°. Jika panjang gelombang Compton elektron adalah 2,426 × 10⁻¹² m, maka perubahan panjang gelombangnya adalah ….
Pilihan Jawaban
A. 0,6065 × 10⁻¹² m
B. 1,213 × 10⁻¹² m
C. 2,426 × 10⁻¹² m
D. 3,639 × 10⁻¹² m
E. 4,852 × 10⁻¹² m
Jawaban Benar
B. 1,213 × 10⁻¹² m
Pembahasan Lengkap
Rumus efek Compton:
Δλ = λc(1 − cos θ)
Untuk θ = 60°, cos 60° = 0,5.
Δλ = 2,426 × 10⁻¹² × (1 − 0,5)
Δλ = 2,426 × 10⁻¹² × 0,5
Δλ = 1,213 × 10⁻¹² m
Jadi, perubahan panjang gelombangnya adalah 1,213 × 10⁻¹² m.
Kompetensi yang Diukur
Menghitung perubahan panjang gelombang pada efek Compton.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menerapkan persamaan efek Compton berdasarkan sudut hamburan.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C3 – Menerapkan.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 12
Pertanyaan
Sebuah foton mengalami hamburan Compton dengan sudut 90°. Jika λc = 2,426 × 10⁻¹² m, perubahan panjang gelombangnya adalah ….
Pilihan Jawaban
A. 0
B. 1,213 × 10⁻¹² m
C. 2,426 × 10⁻¹² m
D. 4,852 × 10⁻¹² m
E. 7,278 × 10⁻¹² m
Jawaban Benar
C. 2,426 × 10⁻¹² m
Pembahasan Lengkap
Gunakan:
Δλ = λc(1 − cos θ)
Untuk θ = 90°:
cos 90° = 0
Maka:
Δλ = 2,426 × 10⁻¹² × (1 − 0)
Δλ = 2,426 × 10⁻¹² m
Jadi, perubahan panjang gelombangnya adalah 2,426 × 10⁻¹² m.
Kompetensi yang Diukur
Menghitung perubahan panjang gelombang foton.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan perubahan panjang gelombang berdasarkan sudut hamburan.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C3 – Menerapkan.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 13
Pertanyaan
Sebuah foton mengalami hamburan Compton dengan sudut 180°. Jika λc = 2,426 × 10⁻¹² m, perubahan panjang gelombangnya adalah ….
Pilihan Jawaban
A. 1,213 × 10⁻¹² m
B. 2,426 × 10⁻¹² m
C. 3,639 × 10⁻¹² m
D. 4,852 × 10⁻¹² m
E. 7,278 × 10⁻¹² m
Jawaban Benar
D. 4,852 × 10⁻¹² m
Pembahasan Lengkap
Gunakan:
Δλ = λc(1 − cos θ)
Untuk θ = 180°:
cos 180° = −1
Maka:
Δλ = 2,426 × 10⁻¹² × [1 − (−1)]
Δλ = 2,426 × 10⁻¹² × 2
Δλ = 4,852 × 10⁻¹² m
Jadi, perubahan panjang gelombangnya adalah 4,852 × 10⁻¹² m.
Kompetensi yang Diukur
Menganalisis perubahan panjang gelombang pada sudut hamburan tertentu.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menghitung perubahan panjang gelombang ketika foton mengalami hamburan balik.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C4 – Menganalisis.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 14
Pertanyaan
Jika sudut hamburan foton pada efek Compton adalah 0°, perubahan panjang gelombang foton adalah ….
Pilihan Jawaban
A. 0
B. λc
C. 2λc
D. 3λc
E. 4λc
Jawaban Benar
A. 0
Pembahasan Lengkap
Persamaan efek Compton:
Δλ = λc(1 − cos θ)
Untuk θ = 0°:
cos 0° = 1
Sehingga:
Δλ = λc(1 − 1)
Δλ = 0
Jadi, tidak terjadi perubahan panjang gelombang untuk sudut hamburan 0°.
Kompetensi yang Diukur
Memahami pengaruh sudut hamburan terhadap perubahan panjang gelombang.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan perubahan panjang gelombang pada sudut hamburan tertentu.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C3 – Menerapkan.
Tingkat Kesulitan
Mudah.
Estimasi Waktu Pengerjaan
1 menit.
Soal Nomor 15
Pertanyaan
Sebuah foton memiliki panjang gelombang awal 5,000 × 10⁻¹² m. Setelah mengalami hamburan Compton, panjang gelombangnya bertambah 2,426 × 10⁻¹² m. Panjang gelombang foton setelah hamburan adalah ….
Pilihan Jawaban
A. 2,574 × 10⁻¹² m
B. 5,000 × 10⁻¹² m
C. 6,426 × 10⁻¹² m
D. 7,426 × 10⁻¹² m
E. 8,852 × 10⁻¹² m
Jawaban Benar
C. 7,426 × 10⁻¹² m
Pembahasan Lengkap
Panjang gelombang setelah hamburan:
λ’ = λ + Δλ
λ’ = 5,000 × 10⁻¹² + 2,426 × 10⁻¹²
λ’ = 7,426 × 10⁻¹² m
Jadi, panjang gelombang foton setelah hamburan adalah 7,426 × 10⁻¹² m.
Kompetensi yang Diukur
Menentukan panjang gelombang foton setelah hamburan.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menggunakan perubahan panjang gelombang untuk menentukan panjang gelombang akhir.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C3 – Menerapkan.
Tingkat Kesulitan
Mudah.
Estimasi Waktu Pengerjaan
1 menit.
Soal Nomor 16
Pertanyaan
Energi sebuah foton dengan panjang gelombang 3 × 10⁻⁷ m adalah …. Gunakan h = 6,626 × 10⁻³⁴ J s dan c = 3 × 10⁸ m/s.
Pilihan Jawaban
A. 3,626 × 10⁻¹⁹ J
B. 4,626 × 10⁻¹⁹ J
C. 5,626 × 10⁻¹⁹ J
D. 6,626 × 10⁻¹⁹ J
E. 7,626 × 10⁻¹⁹ J
Jawaban Benar
D. 6,626 × 10⁻¹⁹ J
Pembahasan Lengkap
Gunakan:
E = hc / λ
E = (6,626 × 10⁻³⁴ × 3 × 10⁸) / (3 × 10⁻⁷)
Pembilang:
6,626 × 3 = 19,878
Penyebut memiliki faktor 3 × 10⁻⁷.
Maka:
E = 6,626 × 10⁻¹⁹ J
Jadi, energi foton adalah 6,626 × 10⁻¹⁹ J.
Kompetensi yang Diukur
Menghitung energi foton berdasarkan panjang gelombang.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menggunakan hubungan energi dan panjang gelombang foton.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C3 – Menerapkan.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 17
Pertanyaan
Sebuah foton memiliki panjang gelombang 6,626 × 10⁻⁷ m. Jika h = 6,626 × 10⁻³⁴ J s, momentum foton tersebut adalah ….
Pilihan Jawaban
A. 0,5 × 10⁻²⁷ kg m/s
B. 1 × 10⁻²⁷ kg m/s
C. 1,5 × 10⁻²⁷ kg m/s
D. 2 × 10⁻²⁷ kg m/s
E. 2,5 × 10⁻²⁷ kg m/s
Jawaban Benar
B. 1 × 10⁻²⁷ kg m/s
Pembahasan Lengkap
Momentum foton:
p = h / λ
p = (6,626 × 10⁻³⁴) / (6,626 × 10⁻⁷)
p = 1 × 10⁻²⁷ kg m/s
Jadi, momentum foton adalah 1 × 10⁻²⁷ kg m/s.
Kompetensi yang Diukur
Menghitung momentum foton.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan momentum foton berdasarkan panjang gelombangnya.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C3 – Menerapkan.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 18
Pertanyaan
Pada efek Compton, energi foton sebelum tumbukan adalah 8 × 10⁻¹⁶ J dan energi foton setelah tumbukan adalah 5 × 10⁻¹⁶ J. Energi yang berpindah dari foton ke elektron adalah ….
Pilihan Jawaban
A. 1 × 10⁻¹⁶ J
B. 2 × 10⁻¹⁶ J
C. 3 × 10⁻¹⁶ J
D. 4 × 10⁻¹⁶ J
E. 5 × 10⁻¹⁶ J
Jawaban Benar
C. 3 × 10⁻¹⁶ J
Pembahasan Lengkap
Energi yang hilang dari foton menjadi energi yang diterima elektron.
ΔE = Eawal − Eakhir
ΔE = 8 × 10⁻¹⁶ − 5 × 10⁻¹⁶
ΔE = 3 × 10⁻¹⁶ J
Jadi, energi yang berpindah ke elektron adalah 3 × 10⁻¹⁶ J.
Kompetensi yang Diukur
Menganalisis perubahan energi pada efek Compton.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan energi yang berpindah kepada elektron berdasarkan perubahan energi foton.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C4 – Menganalisis.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 19
Pertanyaan
Sebuah foton mengalami hamburan Compton pada sudut 90°. Jika panjang gelombang awalnya 4,000 × 10⁻¹² m dan λc = 2,426 × 10⁻¹² m, panjang gelombang setelah hamburan adalah ….
Pilihan Jawaban
A. 4,426 × 10⁻¹² m
B. 5,213 × 10⁻¹² m
C. 6,426 × 10⁻¹² m
D. 7,426 × 10⁻¹² m
E. 8,852 × 10⁻¹² m
Jawaban Benar
C. 6,426 × 10⁻¹² m
Pembahasan Lengkap
Pada θ = 90°:
cos 90° = 0
Maka:
Δλ = λc(1 − 0)
Δλ = 2,426 × 10⁻¹² m
Panjang gelombang akhir:
λ’ = λ + Δλ
λ’ = 4,000 × 10⁻¹² + 2,426 × 10⁻¹²
λ’ = 6,426 × 10⁻¹² m
Jadi, panjang gelombang setelah hamburan adalah 6,426 × 10⁻¹² m.
Kompetensi yang Diukur
Menghitung panjang gelombang foton setelah hamburan Compton.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menggabungkan persamaan perubahan panjang gelombang dengan panjang gelombang awal.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C4 – Menganalisis.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 20
Pertanyaan
Perubahan panjang gelombang maksimum pada efek Compton terjadi ketika sudut hamburan foton sebesar ….
Pilihan Jawaban
A. 0°
B. 30°
C. 60°
D. 90°
E. 180°
Jawaban Benar
E. 180°
Pembahasan Lengkap
Rumus perubahan panjang gelombang:
Δλ = λc(1 − cos θ)
Nilai Δλ menjadi maksimum ketika nilai cos θ paling kecil. Nilai minimum cos θ adalah −1, yang terjadi pada:
θ = 180°
Maka:
Δλmaks = λc[1 − (−1)]
Δλmaks = 2λc
Jadi, perubahan panjang gelombang maksimum terjadi pada sudut hamburan 180°.
Kompetensi yang Diukur
Menganalisis kondisi terjadinya perubahan panjang gelombang maksimum.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan sudut hamburan yang menghasilkan perubahan panjang gelombang maksimum.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C4 – Menganalisis.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 21
Pertanyaan
Jika panjang gelombang Compton elektron adalah 2,426 × 10⁻¹² m, maka perubahan panjang gelombang maksimum foton adalah ….
Pilihan Jawaban
A. 1,213 × 10⁻¹² m
B. 2,426 × 10⁻¹² m
C. 3,639 × 10⁻¹² m
D. 4,852 × 10⁻¹² m
E. 5,852 × 10⁻¹² m
Jawaban Benar
D. 4,852 × 10⁻¹² m
Pembahasan Lengkap
Perubahan panjang gelombang maksimum terjadi ketika:
θ = 180°
Rumusnya:
Δλmaks = 2λc
Δλmaks = 2 × 2,426 × 10⁻¹²
Δλmaks = 4,852 × 10⁻¹² m
Jadi, perubahan panjang gelombang maksimum adalah 4,852 × 10⁻¹² m.
Kompetensi yang Diukur
Menghitung perubahan panjang gelombang maksimum.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan perubahan panjang gelombang maksimum menggunakan panjang gelombang Compton.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C3 – Menerapkan.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 22
Pertanyaan
Pada efek Compton, jika panjang gelombang foton bertambah setelah tumbukan, maka momentum foton setelah tumbukan dibandingkan momentum awalnya adalah ….
Pilihan Jawaban
A. lebih besar
B. lebih kecil
C. tetap sama
D. menjadi nol
E. tidak berkaitan dengan panjang gelombang
Jawaban Benar
B. lebih kecil
Pembahasan Lengkap
Momentum foton dirumuskan:
p = h / λ
Karena h tetap, momentum berbanding terbalik dengan panjang gelombang.
Jika panjang gelombang foton bertambah, maka momentum foton menjadi lebih kecil.
Kompetensi yang Diukur
Menganalisis hubungan momentum dan panjang gelombang foton.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan perubahan momentum foton berdasarkan perubahan panjang gelombang.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C4 – Menganalisis.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 23
Pertanyaan
Sebuah foton memiliki panjang gelombang 2 × 10⁻¹² m. Jika h = 6,626 × 10⁻³⁴ J s dan c = 3 × 10⁸ m/s, energi foton tersebut adalah ….
Pilihan Jawaban
A. 9,939 × 10⁻¹⁴ J
B. 9,939 × 10⁻¹⁷ J
C. 9,939 × 10⁻¹⁹ J
D. 9,939 × 10⁻²⁰ J
E. 9,939 × 10⁻²² J
Jawaban Benar
A. 9,939 × 10⁻¹⁴ J
Pembahasan Lengkap
Gunakan:
E = hc / λ
E = (6,626 × 10⁻³⁴ × 3 × 10⁸) / (2 × 10⁻¹²)
Pembilang:
6,626 × 3 = 19,878
Sehingga:
E = (19,878 / 2) × 10⁻¹⁴
E = 9,939 × 10⁻¹⁴ J
Jadi, energi foton adalah 9,939 × 10⁻¹⁴ J.
Kompetensi yang Diukur
Menghitung energi foton berpanjang gelombang pendek.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menerapkan persamaan energi foton dalam perhitungan numerik.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C3 – Menerapkan.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 24
Pertanyaan
Sebuah foton memiliki panjang gelombang 4 × 10⁻¹² m. Jika h = 6,626 × 10⁻³⁴ J s, momentum foton tersebut adalah ….
Pilihan Jawaban
A. 1,6565 × 10⁻²² kg m/s
B. 1,6565 × 10⁻²³ kg m/s
C. 1,6565 × 10⁻²⁴ kg m/s
D. 1,6565 × 10⁻²⁵ kg m/s
E. 1,6565 × 10⁻²⁶ kg m/s
Jawaban Benar
C. 1,6565 × 10⁻²² kg m/s
Pembahasan Lengkap
Gunakan:
p = h / λ
p = (6,626 × 10⁻³⁴) / (4 × 10⁻¹²)
p = (6,626 / 4) × 10⁻²²
p = 1,6565 × 10⁻²² kg m/s
Jadi, momentum foton adalah 1,6565 × 10⁻²² kg m/s.
Kompetensi yang Diukur
Menghitung momentum foton.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan momentum foton dari panjang gelombangnya.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C3 – Menerapkan.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 25
Pertanyaan
Pada efek Compton, foton mengalami tumbukan dengan elektron bebas yang mula-mula diam. Besaran yang secara langsung menunjukkan bahwa foton memiliki sifat partikel adalah ….
Pilihan Jawaban
A. foton dapat mengalami interferensi
B. foton memiliki energi dan momentum
C. cahaya dapat mengalami pembiasan
D. cahaya dapat mengalami polarisasi
E. cahaya dapat mengalami difraksi
Jawaban Benar
B. foton memiliki energi dan momentum
Pembahasan Lengkap
Efek Compton dapat dijelaskan dengan menganggap foton sebagai partikel yang membawa energi dan momentum. Dalam tumbukan dengan elektron, terjadi pertukaran energi dan momentum sehingga panjang gelombang foton berubah.
Hal tersebut menjadi salah satu bukti penting sifat partikel cahaya.
Kompetensi yang Diukur
Memahami makna fisik efek Compton.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menjelaskan hubungan efek Compton dengan sifat partikel cahaya.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C2 – Memahami.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 26
Pertanyaan
Jika sudut hamburan foton diperbesar dari 60° menjadi 90°, dengan panjang gelombang Compton tetap, maka perubahan panjang gelombang foton akan ….
Pilihan Jawaban
A. berkurang menjadi nol
B. tetap sama
C. meningkat
D. menjadi negatif
E. tidak mengalami perubahan karena sudut tidak berpengaruh
Jawaban Benar
C. meningkat
Pembahasan Lengkap
Perubahan panjang gelombang diberikan oleh:
Δλ = λc(1 − cos θ)
Pada 60°:
1 − cos 60° = 1 − 0,5 = 0,5
Pada 90°:
1 − cos 90° = 1 − 0 = 1
Karena faktor tersebut meningkat dari 0,5 menjadi 1, maka perubahan panjang gelombang meningkat.
Kompetensi yang Diukur
Menganalisis hubungan sudut hamburan dengan perubahan panjang gelombang.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu membandingkan perubahan panjang gelombang pada dua sudut hamburan.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C4 – Menganalisis.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 27
Pertanyaan
Sebuah foton memiliki energi 9,939 × 10⁻¹⁴ J. Jika h = 6,626 × 10⁻³⁴ J s dan c = 3 × 10⁸ m/s, panjang gelombang foton tersebut adalah ….
Pilihan Jawaban
A. 1 × 10⁻⁶ m
B. 1 × 10⁻⁷ m
C. 1 × 10⁻⁸ m
D. 1 × 10⁻⁹ m
E. 1 × 10⁻¹⁰ m
Jawaban Benar
E. 2 × 10⁻¹² m
Pembahasan Lengkap
Gunakan:
λ = hc / E
λ = (6,626 × 10⁻³⁴ × 3 × 10⁸) / (9,939 × 10⁻¹⁴)
Pembilang:
6,626 × 3 = 19,878
Karena 9,939 × 2 = 19,878, maka:
λ = 2 × 10⁻¹² m
Jadi, panjang gelombang foton adalah 2 × 10⁻¹² m.
Pilihan Jawaban yang Dikoreksi
A. 1 × 10⁻¹² m
B. 1,5 × 10⁻¹² m
C. 1,8 × 10⁻¹² m
D. 2,5 × 10⁻¹² m
E. 2 × 10⁻¹² m
Jawaban Benar
E. 2 × 10⁻¹² m
Kompetensi yang Diukur
Menentukan panjang gelombang berdasarkan energi foton.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu mengubah persamaan energi foton untuk menentukan panjang gelombang.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C4 – Menganalisis.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 28
Pertanyaan
Pada efek Compton, elektron menerima sebagian energi dari foton. Jika energi awal foton 1,0 × 10⁻¹⁴ J dan energi akhirnya 7,0 × 10⁻¹⁵ J, energi yang diterima elektron adalah ….
Pilihan Jawaban
A. 2,0 × 10⁻¹⁵ J
B. 3,0 × 10⁻¹⁵ J
C. 4,0 × 10⁻¹⁵ J
D. 5,0 × 10⁻¹⁵ J
E. 7,0 × 10⁻¹⁵ J
Jawaban Benar
B. 3,0 × 10⁻¹⁵ J
Pembahasan Lengkap
Energi yang berpindah dari foton ke elektron:
ΔE = Eawal − Eakhir
ΔE = 1,0 × 10⁻¹⁴ − 7,0 × 10⁻¹⁵
Ubah 1,0 × 10⁻¹⁴ menjadi 10,0 × 10⁻¹⁵:
ΔE = 10,0 × 10⁻¹⁵ − 7,0 × 10⁻¹⁵
ΔE = 3,0 × 10⁻¹⁵ J
Jadi, energi yang diterima elektron adalah 3,0 × 10⁻¹⁵ J.
Kompetensi yang Diukur
Menganalisis konservasi energi pada efek Compton.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan energi yang berpindah dari foton ke elektron.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C4 – Menganalisis.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 29
Pertanyaan
Sebuah foton mengalami hamburan Compton dengan sudut 60°. Jika λc = 2,426 × 10⁻¹² m dan panjang gelombang awal foton 3,000 × 10⁻¹² m, panjang gelombang setelah hamburan adalah ….
Pilihan Jawaban
A. 3,606 × 10⁻¹² m
B. 4,213 × 10⁻¹² m
C. 4,213 × 10⁻¹² m
D. 5,426 × 10⁻¹² m
E. 6,000 × 10⁻¹² m
Jawaban Benar
C. 4,213 × 10⁻¹² m
Pembahasan Lengkap
Untuk θ = 60°:
cos 60° = 0,5
Perubahan panjang gelombang:
Δλ = 2,426 × 10⁻¹² × (1 − 0,5)
Δλ = 1,213 × 10⁻¹² m
Maka:
λ’ = 3,000 × 10⁻¹² + 1,213 × 10⁻¹²
λ’ = 4,213 × 10⁻¹² m
Jadi, panjang gelombang setelah hamburan adalah 4,213 × 10⁻¹² m.
Kompetensi yang Diukur
Menghitung panjang gelombang akhir pada efek Compton.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan panjang gelombang akhir berdasarkan sudut hamburan dan panjang gelombang awal.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C4 – Menganalisis.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Soal Nomor 30
Pertanyaan
Pernyataan yang paling tepat mengenai efek Compton adalah ….
Pilihan Jawaban
A. panjang gelombang foton selalu berkurang setelah hamburan
B. energi foton tidak berkaitan dengan panjang gelombangnya
C. perubahan panjang gelombang bergantung pada sudut hamburan
D. foton tidak memiliki momentum
E. efek Compton hanya terjadi karena pembiasan cahaya
Jawaban Benar
C. perubahan panjang gelombang bergantung pada sudut hamburan
Pembahasan Lengkap
Persamaan efek Compton adalah:
Δλ = λc(1 − cos θ)
Persamaan tersebut menunjukkan bahwa perubahan panjang gelombang bergantung pada sudut hamburan θ.
Pada θ = 0°, perubahan panjang gelombang bernilai nol, sedangkan pada θ = 180° perubahan panjang gelombang mencapai nilai maksimum.
Kompetensi yang Diukur
Menganalisis konsep utama efek Compton.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu mengidentifikasi hubungan sudut hamburan dengan perubahan panjang gelombang foton.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C4 – Menganalisis.
Tingkat Kesulitan
Sedang.
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit.
Kesimpulan
Efek Compton merupakan salah satu bukti penting bahwa cahaya memiliki sifat partikel. Dalam peristiwa ini, foton bertumbukan dengan elektron sehingga terjadi pertukaran energi dan momentum.
Rumus utama yang perlu dipahami adalah:
Δλ = λc(1 − cos θ)
Selain itu, hubungan energi dan momentum foton dapat dinyatakan dengan:
E = hc / λ
p = h / λ
Hal penting yang perlu diingat adalah panjang gelombang foton hasil hamburan menjadi lebih besar, sedangkan energi dan momentum foton menjadi lebih kecil. Perubahan panjang gelombang bergantung pada sudut hamburan dan mencapai nilai maksimum ketika sudut hamburan 180°.
