UTS FD JJ 2016 Key

UNIVERSITAS NEGERI PADANG
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

JURUSAN FISIKA
Jl. Prof. Hamka, Airtawar Padang 25131, Indonesia

UJIAN TENGAH SEMESTER
Mata Kuliah
Program Studi
Hari /Tgl
Waktu/Jam
Dosen Pembina

:
:
:
:
:

Fisika Dasar
Fisika dan Pendidikan Fisika

Sabtu , 09 April 2016
120 Menit / 07.45 – 09.45 WIB
Drs. Mahrizal, M.Si
Dra. Murtiani, M.Pd
Dra. Hidayati, M.Si
Harman Amir, S.Si, M.Si
Dr. Ramli, M.Si

NAMA/NIM

:___________________KUNCI JAWABAN _________

PRODI

:_____________________________________________________

DOSEN

:_____________________________________________________

SALIN PERNYATAAN DI BAWAH INI!
“Saya yang bertanda tangan di bawah ini, tidak akan mencontek ataupun
memberikan contekan”
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
TANDA TANGAN :
------------------------------------------------------A. Soal Pilihan Ganda
PETUNJUK
1) Pilihlah jawaban yang paling benar dengan cara memberikan tanda silang pada huruf di depan
pilihan jawaban yang paling benar.
Contoh:
1
A
B
C
D
2) Bila ingin mengganti jawaban, lingkari tanda silang dari jawaban yang ingin diganti kemudian
berikan tanda silang pada jawaban yang baru.
Contoh:
1

A
B
C
D
3) Tidak dibolehkan menggunakan kalkulator atau alat hitung yang lainnya.
4) Jawaban harus diisi dengan menggunakan ballpoint/tinta, tidak dibolehkan menggunakan pensil.

Diberikan konstanta gravitasi, g = 10 m/s2, muatan elektron, e = 1,6 x 10-19 C,

*

Key
Dua buah muatan listrik masing-masing Q1 dan Q2 berada pada jarak R memiliki gaya tolak- E
menolak sebesar 100 N. Jika jarak antara kedua muatan diperkecil menjadi 1/3 R, maka gaya tolak-

Ujian Tengah Semester Fisika Dasar Januari-Juni 2016

1

menolak muatan listrik menjadi…

A. 33,33 N B. 100 N
C. 300 N
*

*

*

D. 600 N

E. 900 N

Dua partikel masing-masing bermuatan q1 dan q2 yang tidak diketahui besar dan jenisnya terpisah
D
sejauh d. Diantara kedua muatan-muatan itu, pada garis hubungnya terdapat titik P yang berjarak 2/3
d dari q1. Jika kuat medan di titik P sama dengan nol, maka...
A. q1 dan q2 adalah muatan-muatan yang tidak sejenis.
B. potensial listrik di titik P yang disebabkan oleh q1 dan q2 adalah sama besarnya.
C. potensial listrik di titik P sama dengan nol.
D. besar muatan q1 = 4 kali besar muatan q2.

E. besar muatan q1 sama dengan besar muatan q2
Kuat medan listrik disuatu titik sejauh r dari muatan titik q akan diperbesar menjadi 125 kali A
semula. Hal ini dapat dilakukan dengan cara....
A. memperbesar muatan menjadi 5 kali dan jarak 1/5 kali
B. memperkecil jarak menjadi 1/5 kali dan muatan 25 kali
C. memperkecil jarak menjadi 1/125 kali dan muatan 5 kali
D. memperbesar jarak menjadi 125 kali
E. memperbesar muatan menjadi 5 kali dan jarak 25 kali
Sebuah kubus memiliki panjang sisi a meter. Jika muatan +Q coulomb menempati tiap sudut kubus,
maka potensial listrik di pusat kubus adalah....
A. Nol
2  Q 


B.
   0 .a 

D

2 2  Q 



   0 .a 
4 3  Q 


D.
3   0 .a 

C.

4 2  Q 


3   0 .a 
Dua buah kapasitor yang mempunyai kapasitas yang berbeda disusun seri atau paralel. Yang benar
E
dari pernyataan berikut ini, adalah...
A. pada susunan seri, beda potensial pada ujung ujung kedua kapasitor sama besar.
B. pada susunan paralel, jumlah muatan yang tersimpan pada masing-masing kapasitor sama

besar.
C. pada susunan seri, jumlah muatan pengganti sama dengan jumlah muatan yang dapat
disimpan pada masing-masing kapasitor
D. pada susunan paralel, beda potensial pengganti sama dengan jumlah beda potensial masingmasing kapasitor
E. pada susunan paralel, besar kapasitansi pengganti sama dengan jumlah kapasitansi masingmasing kapasitor
Satu partikel bermassa m1 = 3,6x10-6 kg, sedangkan partikel lainnya bermassa m2 = 6,2x10-6 kg. B
Masing-masing partikel bermuatan sama. Awalnya partikel-partikel tersebut diam dan sistem dua
partikel itu memiliki energi potensial listrik 0,150 J. Gaya tolak menolak pada setiap partikel
menyebabkan kedua partikel bergerak saling menjauh. Abaikan pengaruh gravitasi dan hanya gaya
listrik yang bekerja pada sistem. Saat partikel bermassa lebih kecil mempunyai laju 170 m/s, maka
energi potensial listrik dari sistem dua partikel tersebut adalah….
A. 0,050 J
C. 0,058 J
E. 0,060 J
B. 0,068 J
D. 0,075 J

E.

*

*

Ujian Tengah Semester Fisika Dasar Januari-Juni 2016

2

*

Pada rangkaian dalam gambar berikut ini R1 = 2 ohm. R2 = 6 ohm, R3 = 2 ohm, ɛ1 = ɛ 2 = ɛ 3 = 12
volt dan r1=r2 = r3 = 0,5 ohm.

D

R1

Daya yang diserap R1 berbanding daya yang diserap R3
adalah ... .
A. 2 : 3
D. 3 : 4

B. 3 : 2
E. 1 : 3
C. 4 : 3

R3
R2

1,r1

2,r2 3,r3

*

Suatu kawat penghantar (kawat A) panjangnya l mempunyai hambatan jenis . Kawat lainnya A
(kawat B) mempunyai panjang 2l dengan hambatan jenis /2 dan luas penampang dua kali luas
penampang kawat A. Jika kedua kawat tersebut disambung dan dihubungkan dengan sumber
tegangan V, maka pernyataan yang benar adalah….
A. Hambatan total kawat sama dengan tiga kali hambatan kawat B.
B. Hambatan total kawat sama dengan dua kali hambatan kawat A.
C. Arus yang mengalir pada kawat A sama dengan dua kali arus pada kawat B.

D. Arus total yang mengalir pada kawat sebanding dengan hambatan jenis kawat A.
E. Beda potensial antara ujung-ujung kawat A sama dengan 0,5V.

*

Apabila ujung-ujung sebuah baterai dihubungkan dengan resistor 1 ohm, maka arus 3A akan E
mengalir melalui resistor. Bila resistornya diganti dengan 4 ohm, maka arus yang mengalir adalah 1
A. Hambatan dalam baterai itu adalah....
A. 3,0 ohm
D.1,0 ohm

*

B. 2,5 ohm
E. 0,5 ohm

Perhatikan Gambar di bawah.
A

B

3V

C

2 ohm

6V

3 ohm

F
*

E

C. 2,0 ohm

D

Perhatikan Gambar di bawah.
A
2 ohm
+
-

6V

2 µF

B

Arus listrik yang mengalir melewati hambatan 2 ohm
adalah...
A. 0,5 Adari E ke B
B. 1,5 Adari B ke E
C. 1,5 Adari E ke B
D. 2,5 Adari B ke E
E. 2,5 Adari E ke B

2 ohm

2 ohm

A

Beda potensial diantara titik A dan B adalah...
A. 4 volt
B. – 4 volt
C. 2 volt
D. – 2 volt
E. 0 volt

B
*

Sebuah kawat konduktor yang panjangnya 20 cm dibuat berbentuk lingkaran dan ujung-ujungnya D
dihubungkan dengan sumber arus yang menyuplai arus sebesar 5 A. Medan magnet di pusat
lingkaran adalah….

Ujian Tengah Semester Fisika Dasar Januari-Juni 2016

3

A. 2 x 10-5 weber/m2
B. π x 10-5 weber/m2
C. 2π x 10-5 weber/m2
D. π2 x 10-5 weber/m2
E. 2π2 x 10-5 weber/m2
*

*

*

*

*

Solenoida dengan panjang b dan toroida berjari-jari a memiliki jumlah lilitan yang sama dan dilalui
oeh arus yang sama besar pula. Perbandingan kuat medan magnet di pusat solenoida dan toroida
adalah….
A. a : b
B. b : a
C. πb : a
D. 2πa : b
E. 1 : 1
Tiga partikel A, B, dan C digerakkan dengan laju yang sama,
B
seperti pada gambar. Pernyataan yang tidak benar berikut ini
A
adalah:
A. Partikel A bermuatan positif
C
B. Partikel B tidak bermuatan
C. Partikel C bermuatan negatif
D. Jika muatan partikel A sama dengan muatan partikel C, maka massa
partikel C lebih kecil dari massa partikel A
E. Jika massa partikel A sama dengan massa partikel C, maka muatan partikel A lebih besar
dari muatan partikel C
Besarnya gaya yang dialami sebuah partikel bermuatan yang bergerak dalam medan magnet
bergantung pada hal-hal berikut ini, kecuali....
A. Massa partikel.
B. Arah gerak partikel.
C. Laju partikel.
D. Besar muatan partikel.
E. Besar medan magnet.
Frekuensi resonansi pada rangkaian arus bolak balik dapat diperbesar dengan cara
A. memperbesar kapasitansi rangkaian
B. memperkecil induktansi rangkaian
C. memperbesar frekwensi sudut arus bolak balik
D. memperkecil impendansi rangkaian
E. memperbesar hambatan murni rangkaian
Hambatan (R), induktor (L) ,dan kapasitor (C) dihubungkan seri dengan suatu sumber tegangan
bolak balik. Pada grafik V(t) dibawah ini yang menunjukkan kurva tegangan pada R, tegangan
pada L dan tegangan pada C berturut-turut adalah :
A. 1, 2, 3
D. 2, 1, 3

*

B. 2, 3, 1

D

A

B

D

C. 3, 1, 2

Jika kita mengukur tegangan jaringan listrik di rumah menggunakan voltmeter, maka nilai yang
terukur adalah tegangan....
A. maksimum
B. efektif

Ujian Tengah Semester Fisika Dasar Januari-Juni 2016

D

B

4

*

*

C. sesaat
D. rata-rata
E. minimum
Sebuah kumparan melingkar dengan 100 lilitan memiliki jari-jari 5 cm dan mengalirkan arus listrik B
sebesar 0,1 A. Usaha yang diperlukan untuk meletakkan kumparan tersebut dalam medan magnet
1,5 weber/m2 dari posisi θ = 0 ke posisi θ = 1800 adalah...
A. 0,14 J
C. 1,40 J
B. 0, 24 J
D. 2, 40 J
E. 24,0 J
Sebuah kumparan dihubungkan dengan tegangan searah emudian diukur beda tegangannya adalah C
60 volt dan kuat arusnya 2 A. Bila dihubungkan dengan tegangan bolak balik 120 volt, kuat arusnya
adalah 2,4 A, maka reaktansi induktif kumparan itu adalah....
A. 20 ohm C. 40 ohm
B. 30 ohm D. 50 ohm
E. 60 ohm

B. Soal Essay
Petunjuk :
1) Kerjakan semua soal di bawah ini dalam kertas doublefolio yang telah disediakan.
2) Tidak dibolehkan menggunakan kalkulator atau alat hitung yang lainnya.
3) Lembar jawaban harus diisi dengan menggunakan ballpoint/tinta, tidak boleh menggunakan pensil.
4) Semua soal memiliki bobot penilaian yang sama.

E (N/m)

 Dua pelat luas sejajar berjarak d diberi muatan
berlawanan jenis yang besarnya adalah 1:2. Jika
distribusi medan seperti gambar di samping,
tentukan: (a). rapat muatan masing-masing pelat dan
(b) potensial sebagai fungsi posisi jika V(d) = 0.

3/4o
1/4o
O
-1/4o

d

x

SOLUSI
(a) Medan listrik pada selang 0  x  d diakibatkan oleh pelat pertama (kiri, pada x  0 , rapat muatan  1
) dan pelat kedua (kanan, pada x  d , rapat muatan  2 ).
 1
 2 , x  0
0
Medan listrik akibat pelat pertama E1 x   
.

 1 , x0
 2 0
 2
, xd


 2 0
Medan listrik akibat pelat kedua E2 x   
.

 2 , xd

 2 0
  1   2 
,
x0

2 0

    
Medan listrik total adalah E x   E1 x   E2 x    1 2 , 0  x  d
2 0

  1   2 
,
xd

2 0


Dengan menyamakan nilai pada grafik dalam gambar diperoleh persamaan-persamaan:
Ujian Tengah Semester Fisika Dasar Januari-Juni 2016

5

1   2
1
1

 1   2 
4 0
2
 0
1  2
3
3

 1  2 
 0
4 0
2
1   2
1
1

 1   2 
 0
4 0
2
Jumlah Persamaan (1) dan (2) memberikan


(1)
(2)
(3)

1  1 .
1
Selisih Persamaan (1) dan (2) memberikan  2   .
2

(b) Potensial listrik diperoleh dengan mengintegralkan persamaan E(x) yakni: V x  V c    Ex  dx .
c
x

Untuk rentang x  d diperoleh
x

 x 
dx
dx
.
 V  x   0  
V x   V d   
  V x  
d 4
4 0
0
 4 0  xd



x

Untuk rentang 0  x  d diperoleh
 3x 
3dx
3d  x 
.
 V  x   0  
V x   V d   
  V x  
d 4
4 0
0
 4 0  xd
x



x

[Untuk x  0 didapatkan V 0 

3d
]
4 0

Untuk rentang x  d diperoleh
V x   V 0 

x  0  3d  x  3d .
3d  x 
dx
 V x  

  V x  
4 0
4 0  4 0  x0
4 0
4 0
4 0
x



x

0

Dengan demikian dapat dituliskan bahwa:
 x  3d
x0
,

 4 0
 3d  x 
V x   
, 0 xd .
 4 0
 dx
xd
 4 ,
0


 Perhatikan rangkaian di samping. Anggap amperemeter
ideal (hambatan dalamnya diabaikan). Diketahui E= 5V,
R1 = 2 ohm, R2 = 4 ohm dan R3 = 6 ohm.
a. Berapakah pembacaan amperemeter
b. Bila amperemeter dan sumber ggl E dipertukarkan
letaknya, berapakah pembacaan amperemeter
sekarang.
SOLUSI

i1

i2
E

R2
Loop 1

R1

i3
Loop 2

A

Loop 1
-E + i1R1+i2R2 = 0
Loop 2
i3R3-i2R2 = 0

E

R2

R1

A
R3

(1)
(2)

R3

Ujian Tengah Semester Fisika Dasar Januari-Juni 2016

6

Pada titik cabang: i1 = i2 + i3
(3)
(a) Dalam kasus ini, amperemeter membaca arus i3.
Persamaan (1) ditulis kembali:
(

)

(

)

(

)

Sedikit modifikasi persamaan di atas, diperoleh i3 yaitu arus yang terbaca oleh amperemeter.
(

)(

(b) Dalam kasus ini, amperemeter membaca arus i1.

i1

i2
Loop 1

(

(

)(

)

i3
E Loop 1

R2

A

)

( )
)( )

i1R1+i2R2 = 0
Loop 2
-E+i3R3-i2R2 = 0
Pada titik cabang: i3 = i1 + i2

Loop 2

R1

R3

(4)
(5)
(6)

Dengan cara serupa dengan bagian (a), dari persamaan (4), (5) dan (6) diperoleh i1 yaitu:
(

)(

)

(

 Suatu susunan kawat diperlihatkan pada gambar, a = 12
cm dan b = 16 cm. Arus listrik pada kawat lurus yang
panjang dengan persamaan i = 6,5 t2-10 t, dimana i
dalam ampere dan t dalam detik.
(a) Hitunglah ggl imbas dalam loop pada t=3s,
(b) Kemanakah arah arus induksi pada loop lawat?

( )
)( )

(

)(

)

SOLUSI
(a)
Fluks adalah:

 ib  a 
 0i 
b dr   0 ln 

.


b  a 2r
2  b  a 



 B   BdA  
Dari hukum Faraday’s didapatkan:





a

d B
0 b  a  di
d   ib  a  
   0 ln 
ln


dt  2  b  a  
dt
2  b  a  dt

0 b  a  d  13 2

ln 
t  10t 


2  b  a  dt  2




 0 b 13t  10
2

ln 

a 
 b  a  .

Ujian Tengah Semester Fisika Dasar Januari-Juni 2016

7

dengan a = 0,120 m dan b = 0,160 m, kemudian, pada t = 3,00 s, besarnya ggl induksi terhadap loop
bujursangkar adalah:

4  10 0.16133 10 

 
ln
7

0.12 
6
 0.16  0.12   1.02  10 V .

2

(a) Dengan di / dt  0 pada t = 3 s, maka dari hukum Lenz’s, arah ggl induksi dalam loop adalah
berlawanan dengan arah jarum jam.

 Sebuah rangkaian RLC seri memiliki R = 4Ω, L = 6 mH, dan C = 150 μF, dihubungkan dengan
sebuah generator AC 300V sin 100πt. Tentukanlah:
a) Kuat arus maksimum dan kuat arus efektif dalam rangkaian
b) Sudut fase arus dan tegangan, serta diagram fasor
c) Daya rata-rata dalam rangkaian

SOLUSI:
Diketahui: R = 4Ω,
L = 6 mH = 6 . 10-3 H,
C = 150 μF = 1,5 . 10-4 F,
V= 300V sin 100πt

Sumber tegangan AC dinyatakan dengan: V = Vm sin ωt
Dari soal, V= 300V sin 100πt, jadi:
Vm = 300 V
ω = 100π
a)

Kuat arus maksimum (Im) dan kuat arus efektif (Ieff) dalam rangkaian
√
√

(
(

(
(

)
)(
)(

)
)

)

√
√
b) Sudut fase arus dan tegangan, serta diagram fasor
Ujian Tengah Semester Fisika Dasar Januari-Juni 2016

8

ϴ = Sudut fase arus dan tegangan
(
)
Diagram fasor:

(

)

XL-XC
c)

Daya rata-rata dalam rangkaian
(
)(
〈 〉

)

(

Ujian Tengah Semester Fisika Dasar Januari-Juni 2016

)

Z

ϴ
R

9