Fizik Bab 07_Rev 5_060120

228

229

7.1 Teori Kuantum Cahaya

Latar Belakang Pencetusan Idea Teori Kuantum Bab 07 Nota36 B07-230
http://kubupublication.com.my/Fizik/Tingkatan5/Nota36.pdf
Dalam topik Gelombang yang telah dipelajari, James Clerk
Maxwell (1831 – 1879) telah membuktikan bahawa cahaya Gelombang
adalah gelombang elektromagnet.
Sebelum kita meneruskan pembelajaran mengenai fizik elektromagnet
kuantum, mari kita mengkaji dahulu sejarah latar belakang http://kubupublication.
beberapa ahli fizik terkenal yang menyumbang kepada idea com.my/Fizik/
fizik kuantum ini dengan menjalankan aktiviti 7A. Tingkatan5/Nota36.pdf

7A

Tujuan: Mengumpul maklumat tentang latar belakang perkembangan teori kuantum dari
teori klasik

Thomas Young James Clerk Maxwell J.J Thomson Albert Einstein Louis de Broglie
(1879 - 1955) (1892 - 1987)
(1773 - 1829) (1831 - 1879) (1856 - 1940)

Teori Klasik Teori Kuantum

Isaac Newton John Dalton Max Planck Niels Bohr
(1643 - 1727) (1766 - 1844) (1858 - 1947) (1885 - 1962)

Perbincangan:

1. Jalankan aktiviti secara berkumpulan. Bentuk sembilan kumpulan untuk mewakili setiap
ahli fizik.

2. Berdasarkan garis masa ahli-ahli fizik di atas, kumpul maklumat yang merangkumi biodata,
model atom, eksperimen terkenal (jika ada) dan sumbangan dalam bidang masing-masing
yang berkaitan dengan teori klasik atau teori kuantum.

3. Sediakan maklumat secukupnya untuk menjalankan Hot Seat.

Pada awal kurun ke-20, wujud beberapa krisis yang tidak dapat diterangkan oleh fizik klasik
dan seterusnya mencetuskan idea fizik kuantum. Salah satu krisis yang sangat penting ialah
fenomena berkaitan sinaran jasad hitam. Apakah sinaran jasad hitam ini? Jasad hitam adalah
objek yang menyerap dan memancar sinaran elektromagnet (termasuk cahaya dan haba) dengan
sempurna (unggul).

230

Tema 4 Fizik Moden

Sinaran Jasad Hitam

Suatu kotak berongga yang mempunyai celah kecil di salah satu permukaannya boleh diandaikan
sebagai satu jasad hitam. Jalankan aktiviti 7B untuk menjana idea tentang sinaran jasad hitam.

7B

Tujuan: Menjana idea tentang jasad hitam melalui demonstrasi sebuah kotak
Bahan dan radas: Sebuah kotak yang mempunyai warna putih atau cerah di bahagian dalam
Susunan radas: Penutup kotak dibuka

Arahan: Penutup kotak dibuka
1. Jalankan aktiviti secara berkumpulan Penutup kotak ditutup

dan jawab soalan perbincangan secara
Simultaneous Round Table.
2. Tebuk lubang kecil pada kotak
(diameter 2-3 cm bergantung pada saiz kotak).
3. Buka penutup kotak dan perhatikan warna
pada lubang yang ditebuk.
4. Tutup penutup dan perhatikan warna pada
lubang yang ditebuk.

Perbincangan: Demonstrasi dan idea Bab 07 Video31 B07-231a
http://kubupublication.com.my/Fizik/Tingkatan5/Video31.html
1. Semasa penutup kotak dibuka, apakah warna pada
lubang? Jelaskan keadaan ini. tentang sinaran jasad hitam
http://kubupublication.com.my/
2. Semasa kotak ditutup, apakah warna pada lubang? Fizik/Tingkatan5/Video31.html
Jelaskan keadaan ini.
Bab 07 Video32 B07-231b
3. Namakan fenomena yang telah diperhatikan. http://kubupublication.com.my/Fizik/Tingkatan5/Video32.html
4. Dalam bentuk iThink yang sesuai, cuba anda
http://kubupublication.com.my/
nyatakan ciri-ciri bagi fenomena yang telah Fizik/Tingkatan5/Video32.html
dinyatakan dalam (3).

Penyerapan sinaran

Dalam jasad hitam yang unggul, cahaya tuju diserap
sepenuhnya. Cahaya yang masuk melalui lubang kecil
dipantulkan berkali-kali kerana terperangkap di dalam kotak
dan cahaya tersebut diserap sepenuhnya.

Kesimpulannya, jasad hitam boleh menyerap semua sinaran
yang mengenainya pada sebarang suhu dan frekuensi.

a) Penyerapan Sinaran

231

Fizik Kuantum Bab 7

Pemancar sinaran

Sinaran akan dipantulkan oleh dinding kotak hitam dan
akhirnya akan terpancar keluar melalui lubang kecil kotak
hitam tersebut. Sinaran yang keluar ini dipancarkan oleh
jasad hitam.

Kesimpulannya, penyerap sinaran yang unggul juga b) Pemancar Sinaran
merupakan pemancar yang unggul. Jasad hitam juga dapat
memancarkan sinaran 100% pada sebarang suhu.
Jasad hitam yang berada dalam keseimbangan terma akan
memancarkan sinaran elektromagnet yang dikenali sebagai
sinaran jasad hitam.

Permukaan jasad yang licin dan berkilat merupakan pemancar dan penyerap sinar yang lemah,
manakala permukaan yang kasar dan gelap merupakan pemancar dan penyerap sinaran yang baik.

Pertimbangkan jika sebatang logam
dipanaskan dengan menggunakan
pembakaran gas bersuhu lampau tinggi
seperti yang ditunjukkan dalam Foto 7.1.
Pada suhu bilik, logam kelihatan berwarna
hitam kerana semua tenaga yang dipancarkan
dalam spektrum infra merah tidak dapat
dilihat dengan mata kasar manusia.

Apabila logam tersebut dipanaskan, cahaya

dengan warna berbeza akan dipancarkan

bergantung kepada suhu logam tersebut.

Pada awal pemanasan, logam kelihatan Foto 7.1
berwarna merah. Apabila suhu semakin

meningkat, logam akan kelihatan berwarna Peralatan penglihatan malam
kuning, dan seterusnya putih kebiru-biruan. menggunakan aplikasi konsep radiasi
Menurut hukum fizik, hal ini terjadi kerana dan digunakan oleh tentera untuk
logam menyerap tenaga haba. Tenaga haba menjejak radiasi musuh.

tersebut akan melonjakkan tenaga logam

dari spektrum infra merah kepada spektrum cahaya tampak iaitu dalam bentuk warna merah. Jika

kita terus memanaskan lagi logam itu, logam akan terus menyerap tenaga haba dan menaikkan

lagi spektrum dari warna merah kepada warna kuning dan akhirnya putih kebiru-biruan.

Sinaran dari jasad inilah yang dipanggil sinaran jasad hitam yang tidak dapat dijelaskan oleh
teori klasik.

Percubaan awal untuk menjelaskan cara jasad hitam memancarkan sinaran telah mendorong
kepada percanggahan dengan hukum-hukum fizik klasik. Beberapa orang saintis telah mencuba
untuk menerangkan permasalahan jasad hitam ini namun masih gagal menerangkan spektrum
sinaran jasad hitam. Jalankan aktiviti 7C untuk menghubungkait keamatan sinaran dengan
panjang gelombang.

232

Tema 4 Fizik Moden

7C

Bab 07 Nota37 B07-233a
http://kubupublication.com.my/Fizik/Tingkatan5/Nota37.html
Tujuan: Melakar graf keamatan sinaran
melawan panjang gelombang Muat turun simulasi
Arahan: spektrum sinaran jasad
1. Jalankan aktiviti secara berkumpulan. http://kubupublication.com.my/
Fizik/Tingkatan5/Nota37.html

2. Muat turun simulasi spektrum sinaran jasad hitam pada pautan yang diberikan.

3. Menggunakan simulasi, lakar graf keamatan sinaran melawan panjang gelombang bagi

suhu 3000 K, 4000 K, 5000 K, 6000 K dan 7000 K.

Perbincangan:
1. Nyatakan perubahan kedudukan puncak graf bagi setiap suhu yang telah dilakar.

Daripada aktiviti yang telah dijalankan, anda akan mendapati bahawa graf keamatan sinaran
melawan panjang gelombang bagi jasad hitam unggul mempunyai puncak graf pada panjang
gelombang tertentu. Semakin rendah suhu jasad hitam maka keamatan sinaran semakin rendah
jadi lokasi puncak graf beralih ke arah gelombang yang lebih panjang.

Ultra Cahaya Infra merah
ungu tampak
14 Ramalan teori klasik (5000 K) Sinaran jasad hitam dan Bab 07 Video33 B07-233b
http://kubupublication.com.my/Fizik/Tingkatan5/Video33.html
5000 K
Keamatan sinaran 12 malapetaka ultra-ungu
http://kubupublication.com.my/
10 Fizik/Tingkatan5/Video33.html

8

6
4 4000 K

2 3000 K
0

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Panjang gelombang

Rajah 7.1 Graf keamatan sinaran melawan panjang gelombang

Graf keamatan sinaran melawan panjang gelombang yang ditunjukkan di atas adalah bagi satu
jasad hitam pada suhu yang berbeza. Turut ditunjukkan ialah lengkuk yang diramalkan oleh teori
klasik sebagai perbandingan.

Teori klasik gagal menerangkan bentuk spektrum bagi jasad hitam dan meramalkan kelengkungan
sinaran jasad hitam meningkat tanpa had (infiniti) pada panjang gelombang yang rendah. Menurut
idea teori fizik klasik:
• Tenaga sinaran elektromagnet tidak bergantung kepada frekuensi atau panjang gelombang.
• Objek pada sebarang suhu memancarkan sinaran.
• Tenaga sinaran elektromagnetik adalah selanjar (berterusan).

Kegagalan teori fizik klasik bagi menerangkan ciri-ciri spektrum yang dipancarkan oleh jasad
hitam dikenali sebagai malapetaka ultra ungu.

233

Fizik Kuantum Bab 7

Kemunculan teori kuantum

Max Planck (1900) telah menyelesaikan masalah ini dengan mencadangkan idea baharu bahawa
tenaga bagi sinaran jasad hitam adalah diskret dalam bentuk kuanta atau paket tenaga. Teorinya
sesuai dengan lengkung eksperimen seperti dalam graf Rajah 7.1 pada semua panjang gelombang
yang dikenali. Teori ini dikenali sebagai Teori Kuantum Planck dan inilah yang telah menjadi
titik permulaan untuk teori fizik kuantum.

Andaian yang dibuat oleh Planck ialah:
• Sinaran elektromagnet yang dipancarkan/diserapkan oleh jasad hitam bukan dalam arus
gelombang berterusan tetapi dalam bentuk paket-paket tenaga diskret atau kuanta.
Menurut Planck, E = nhf di mana
E = tenaga
n = 1, 2, 3, …
h = pemalar Planck (6.63 × 10-34 J s)
f = frekuensi
• Tenaga sinaran elektromagnet adalah dalam integer kuantiti tenaga.
• Tenaga sinaran elektromagnet bergantung kepada frekuensi atau panjang gelombang.

Planck berjaya meramal spektrum keamatan sinaran elektromagnet untuk semua panjang
gelombang yang dipancarkan oleh jasad hitam pada suhu T.

Seterusnya, Einstein mengembangkan teori Planck dengan mengusulkan teori pengkuantuman
yang menyatakan bahawa semua sinaran elektromagnet wujud dalam bentuk kuantum tenaga
yang tidak dapat dibahagikan lagi dan dikenali sebagai foton.

Tidak lama kemudan, Louis de Broglie memperkenalkan hipotesis bahawa zarah boleh juga
menunjukkan sifat gelombang. Idea Einstein dan de Broglie ini telah membawa kepada idea sifat
kedualan gelombang-zarah.

Kuantum Tenaga

Anda telah memahami latar belakang idea pencetusan teori fizik kuantum dari teori klasik.
Jalankan aktiviti 7D untuk membandingkan konsep tenaga selanjar dan tenaga diskrit.

7D

Tujuan: Membandingkan konsep tenaga selanjar dan tenaga diskrit

Ultra ungu Infra merah Satu paket tenaga (kuanta)

Cahaya putih → Spektrum cahaya Elemen → Spektrum pancaran atom

Prisma Lampu
Konsep tenaga selanjar merkuri
Tema 4 Fizik Moden
Prisma
Konsep tenaga diskrit

234

Arahan:
1. Jalankan aktiviti secara Simultaneous Round Table untuk menjawab soalan-soalan
perbincangan.
2. Berdasarkan rajah-rajah yang diberikan serta soalan-soalan perbincangan, bina satu peta
iThink untuk membanding dan membezakan konsep tenaga selanjar dan tenaga diskrit.

Perbincangan:
Berdasarkan rajah-rajah yang diberi:
1. Bandingkan bentuk tenaga sinaran elektromagnet.
2 Bandingkan pembentukan spektrum.
3. Bandingkan panjang gelombang bagi setiap spektrum.
4. Hubung kait pembentukan spektrum dengan panjang gelombang.
5. Rumuskan tentang konsep tenaga selanjar dengan tenaga diskrit dari segi tenaga, spektrum
dan panjang gelombang.
6. Pada pendapat anda, mengapa spektrum pancaran atom terdiri dari spektrum garis diskrit
dengan panjang gelombang tertentu?

Jadi, kuantum tenaga boleh dinyatakan sebagai paket-paket tenaga diskrit yang bergantung
kepada frekuensi dan panjang gelombang. Setiap atom mempunyai ciri spektrum yang unik.
Pancaran hanya berlaku pada panjang gelombang atau frekuensi tertentu. Perbandingan antara
kedua-dua teori boleh diringkaskan seperti berikut :

Teori klasik Teori kuantum

Ultra Infra Satu paket tenaga (kuanta)

a) Tenaga sinaran elektromagnet: a) Tenaga sinaran electromagnet:
• selanjar (berterusan) • kuanta (paket tenaga diskrit)
• tidak bergantung kepada • bergantung kepada
- panjang gelombang - panjang gelombang
- frekuensi - frekuensi
b) Rumus E = nhf diperkenalkan
oleh Planck

Sifat Kedualan Gelombang-Zarah

Merujuk kepada konsep fizik klasik,
• Zarah dicirikan oleh jisim, kedudukan dan halaju (mematuhi hukum Newton).
• Gelombang dicirikan oleh panjang gelombang dan frekuensi.

Teori Einstein menyarankan bahawa dalam peristiwa fizik tertentu, cahaya (gelombang
elektromagnet) akan memperlihatkan sifatnya sama ada sebagai gelombang atau zarah. Louis de
Broglie mencadangkan zarah-zarah atom dan subatom seperti elektron, proton dan neutron juga
mempunyai sifat kedualan ini.

235

Fizik Kuantum Bab 7

Bergantung
kepada λ

Sifat Kedualan Gelombang-Zarah adalah fenomena di mana dalam keadaan tertentu,
zarah mempamerkan sifar-sifat gelombang dan dalam satu lagi keadaan gelombang
mempamerkan sifat-sifat zarah. Walaubagaimanapun, kedua-dua sifat tidak dapat dicerap
secara serentak.

Bergantung
kepada jisim, m

Bab 07 Nota38 B07-236
http://kubupublication.com.my/Fizik/Tingkatan5/Nota38.pdf

Hipotesis de Broglie Bukti sifat kedualan gelombang-zarah
http://kubupublication.com.my/Fizik/
Tingkatan5/Nota38.pdf

Hipotesis de Broglie menerangkan sifat gelombang bagi zarah menggunakan hubungan

momentum, p (sifat zarah) dengan panjang gelombang, λ (sifat gelombang).

Satu foton cahaya dengan frekuensi, ƒ mempunyai momentum yang diberikan oleh

hƒ (i)
p= c

Diketahui bahawa halaju gelombang cahaya, c = ƒλ

Gantikan c ke dalam (i) dan persamaan menjadi

p= h
λ

Oleh itu, panjang gelombang satu foton dalam sebutan momentum boleh diberikan oleh

λ= h (ii)
p

Momentum satu zarah berjisim, m dan bergerak dengan halaju, v diberikan oleh

p = mv (iii)

Gantikan (iii) ke dalam (ii)

Oleh itu, panjang gelombang de Broglie bagi satu zarah boleh diringkaskan seperti berikut
h
λ = mv (iv)

Berdasarkan persamaan (iv) :

Hubungan λ dan m Hubungan λ dan v
(h & v malar) (h & m malar)

λ∝ 1 λ∝ 1
m v

Apabila m bertambah, λ berkurang dan Apabila v bertambah, λ berkurang dan
sebaliknya. sebaliknya.
Jadi, zarah yang mempunyai jisim besar Jadi, zarah yang bergerak dengan halaju
akan mempunyai panjang gelombang tinggi akan mempunyai panjang gelombang
yang lebih pendek dan sebaliknya. yang lebih pendek dan sebaliknya.

236

Tema 4 Fizik Moden

Pada mulanya de Broglie hanya menimbangkan konsep ini kepada zarah-zarah kecil seperti
elektron, proton dan neutron tetapi persamaan (iv) juga sesuai digunakan untuk semua jasad
yang bergerak.

1:

Kira panjang gelombang de Broglie berikut :
(i) Sebiji bola tenis berjisim 58 g yang bergerak dengan halaju 25 ms-1.
(ii) Satu electron yang bergerak dengan halaju 107 ms-1.
[me = 9.1 × 10-31 kg] [h = 6.63 × 10-34]

(i) Panjang de Broglie bola tenis (ii) Panjang de Broglie satu elektron
h
λ= h
mv λ = mv
6.63 × 10−34
6.63 × 10−34
= (0.058)(25) = (9 × 10 − 31)(1 × 107)

= 4.5 × 10−34m = 7.3 × 10−11m

Berdasarkan Contoh 1, panjang gelombang de Broglie bagi bola tenis adalah sangat kecil
berbanding elektron. Oleh itu, hanya zarah berjisim kecil dengan saiz atom atau nukleus sahaja
dapat menunjukkan ciri gelombang yang dapat diperhatikan.

Aplikasi Sifat Gelombang suatu Elektron

Sifat gelombang bagi suatu elektron dengan merujuk kepada panjang de Broglie boleh
diperhatikan dalam operasi mikroskop elektron. Perbandingan antara mikroskop elektron dan
mikroskop cahaya adalah seperti berikut.

Mikroskop cahaya Mikroskop elektron

Bentuk

237

Fizik Kuantum Bab 7

Konfigurasi Mikroskop cahaya Mikroskop elektron
Sumber cahaya Sumber elektron

Kanta Kanta Gegelung
kondenser kondenser imbasan
(Pemesong
Spesimen Kanta alur)
Kanta objektif kondenser
Pengesan

Kanta mata Elektron

Spesimen 3D

Imej yang Imej diperhatikan
diperhatikan pada monitor
terus

Prinsip kerja Mikroskop cahaya menggunakan Mikroskop elektron berfungsi
asas sinar cahaya tampak dan sistem dengan mengesan pemantulan alur
kanta untuk membesarkan imej bagi elektron untuk menghasilkan imej
Imej yang objek kecil. spesimen di samping mengumpul
dihasilkan maklumat mengenai struktur, tekstur
dan kompositnya.

Resolusi Imej yang terhasil menampakkan ciri Imej yang terhasil menampakkan ciri
dan objek yang dibesarkan. objek yang dibesarkan dengan lebih
pembesaran terperinci.
Aplikasi Resolusi maksimum : 200 nm
Pembesaran maksimum : 1500× Resolusi maksimum : 0.1 nm
Tema 4 Fizik Moden Pembesaran maksimum : 500000×

Resolusi sesuatu imej bergantung kepada panjang gelombang sinaran yang

digunakan. 1
λ
kuasa resolusi ∝

Kuasa resolusi berkadar songsang dengan panjang gelombang. Maka, semakin
kecil panjang gelombang, semakin tinggi kuasa resolusi. Jadi, imej yang
dihasilkan adalah lebih jelas. Mikroskop elektron adalah satu aplikasi daripada
sifat kedualan gelombang zarah bagi suatu elektron.

238

Foton

Kegagalan teori gelombang elektromagnet klasik bagi menerangkan beberapa fenomena telah
mendorong Einstein untuk menyarankan satu konsep baru mengenai gelombang elektromagnet.
Menurut Einstein tenaga sinaran elektromagnet merupakan satu kuanta yang dipanggil foton.
Setiap foton mengandungi tenaga yang diberikan oleh persamaan

E = hƒ = h c
λ

Unit tenaga foton adalah J atau eV.
Penukaran Unit:

1eV = 1.60 × 10-19J

Foton dengan c Foton bergerak dengan
tenaga hf kelajuan cahaya dalam vakum.

* c ialah laju cahaya Sinar cahaya

FOTON Pemancaran Foton menjelaskan kesan
elektron fotoelektrik dan fenomena
lain yang memerlukan
cahaya untuk memiliki
sifat zarah.

ƒbiru > ƒmerah, Foton frekuensi tinggi Bab 07 Nota39 B07-239
Ebiru > Emerah mempunyai lebih banyak http://kubupublication.com.my/Fizik/Tingkatan5/Nota39.html
tenaga. Foton cahaya biru Apakah foton?
lebih bertenaga daripada http://kubupublication.com.my/
foton cahaya merah. Fizik/Tingkatan5/Nota39.html

239

Fizik Kuantum Bab 7

Menyelesaikan Masalah yang melibatkan Tenaga Foton dan Kuasa

Diberikan :
Tenaga satu foton, E = hf
Jumlah tenaga foton E = Nhf di mana,
N = bilangan foton
Kadar pemancaran foton (Kuasa )P = E/t = Nhf/t
Bilangan foton yang dipancarkan per saat n = N/t = P/hf

2:

(a) Hitung tenaga foton bagi cahaya merah dengan panjang gelombang 7.0 × 10−7 m.
[1eV = 1.6 × 10-19J]
(b) Jika bilangan foton yang dihasilkan per saat adalah 1.77 × 1020 s−1, hitung kuasa foton
tersebut.

(a) Tenaga foton,

E = hf

E= 6.63 × 10−34 (3 × 108)
7.0 × 10-7

E = 2.84 × 10-19J

E= 2.84 × 10-19
1.6 × 10-19

E = 1.775 eV

(b) Kuasa foton,
P = nhf
P = (1.77 × 1020) (2.84 × 10-19)
P = 50.23 W

7.1

1. Hitung panjang gelombang bagi satu foton yang mempunyai tenaga 3.14 × 10-19J.
2. Hitung tenaga bagi 4.82 × 1023 foton yang mempunyai frekuensi 5.23 × 1011 s-1.
3. Tentukan tenaga foton bagi cahaya biru, hijau dan ungu.

[λbiru = 450 nm, λungu = 380 nm, λhijau = 520 nm]

240

Tema 4 Fizik Moden

7.2 Kesan Fotoelektrik

Dalam topik sebelum ini, kita telah mempelajari tentang Penemuan Kesan Fotoelektrik.
kegagalan teori fizik klasik untuk menerangkan fenomena Kesan fotoelektrik mula ditemui
sinaran jasad hitam. Dalam topik ini pula, kita akan oleh Heinrich Hertz sekitar tahun
mempelajari tentang kesan fotoelektrik dan sekali lagi teori 1887 semasa beliau menjalankan
fizik klasik gagal menerangkan fenomena ini. Apakah yang eksperimen melibatkan spark
dimaksudkan dengan kesan fotoelektrik? Jalankan aktiviti gap generator yang merupakan
demonstrasi 7E untuk menjana idea tentang kesan fotoelektrik. peranti awal menyerupai radio.

7E

Tujuan: Menjana idea tentang kesan fotoelektrik
Bahan dan radas: Kotak atau kadbod, bola ping pong, bola
plastik lutsinar (boleh diisi), pasir berwarna (merah dan biru),
pita pelekat tebal
Susunan radas:

Arahan:

1. Jalankan aktiviti secara berkumpulan. Foto 7.2

2. Tebuk beberapa lubang bersaiz lebih besar sedikit daripada saiz bola ping pong supaya

bola ping pong dapat masuk melalui lubang tersebut.

3. Letakkan pita pelekat tebal di sekeliling lubang yang telah ditebuk supaya dapat

memegang bola ping pong daripada jatuh ke dalam lubang.

4. Labelkan semua bola ping pong dengan huruf ‘e-’.

5. Masukkan pasir biru ke dalam bola plastik lutsinar sehingga beratnya melebihi berat bola

ping pong.

6. Masukkan pula sedikit pasir merah ke dalam bola plastik lutsinar. Pastikan beratnya adalah

kurang daripada bola ping pong.

7. Susun semua bola ping pong pada lubang yang ditebuk tadi seperti Foto 7.2.

8. Menggunakan bola berisi pasir biru, hentamkan pada bola ping pong dan perhatikan apa

yang berlaku.

9. Kemudian, menggunakan bola berisi pasir merah, hentamkan pada bola ping pong dan

perhatikan apa yang berlaku.

10. Jawab semua soalan perbincangan secara round table di dalam kumpulan anda.

Perbincangan:
1. Apakah yang diwakili oleh bola ping pong?
2. Apakah yang diwakili oleh bola lutsinar berisi pasir biru?
3. Apakah yang diwakili oleh bola lutsinar berisi pasir merah?
4. Apakah pemerhatian anda semasa menghentam bola ping pong menggunakan bola lutsinar

berisi pasir biru? Mengapa?
5. Apakah pemerhatian anda semasa menghentam bola ping pong menggunakan bola lutsinar

berisi pasir merah? Mengapa?
6. Namakan fenomena yang cuba ditunjukkan secara analogi dalam aktiviti ini.

241

Fizik Kuantum Bab 7

Kesan fotoelektrik ialah satu fenomena Sinar cahaya
pemancaran elektron daripada permukaan suatu
logam apabila sinaran elektromagnet ditujukan Pemancaran
pada permukaan logam tersebut. Elektron yang elektron
dipancarkan dari logam ini dipanggil fotoelektron.
Seperti yang telah dipelajari sebelum ini,
pemalar Planck, h adalah satu nilai pemalar yang
digunakan untuk menggambarkan tenaga foton.

Seterusnya, jalankan aktiviti 7F untuk menentukan nilai pemalar Planck, h.

7F

Tujuan: Menentukan nilai pemalar Planck, h menggunakan Kit Pemalar Planck
Bahan dan radas: Kit pemalar Planck, penuras warna (630nm, 580 nm, 460 nm), bekalan kuasa,
kertas hitam
Susunan radas:

Pemegang kanta Pelaras keamatan cahaya

Sumber pancaran cahaya

Pelaras beza
keupayaan

Skala Arah beza
keupayaan

Foto 7.3

Mod paparan Pengganda Penuras Suis
beza keupyaan arus warna

dan arus Rajah 7.2

Arahan:

1. Jalankan aktiviti secara berkumpulan.
2. Sambungkan radas kepada bekalan kuasa. Letakkan penuras berwarna biru pada pada
pemegang kanta.
3. Tutup sumber pancaran cahaya dengan kertas berwarna hitam yang digulung seperti Foto 7.3.
4. Laraskan sumber pancaran cahaya pada satu jarak tetap dan ketatkan.
5. Tukar mod paparan kepada arus serta pastikan arah voltan pada negatif untuk mendapatkan
keupayaan pincang, Vo (reverse potential). Hidupkan suis dan laraskan keamatan cahaya
supaya menjadi maksimum.
6. Laraskan tombol beza keupayaan supaya bacaan arus menunjukkan 0 A.
7. Tukar mod paparan kepada beza keupayaan dan catatkan bacaan. Kemudian, tutupkan suis.
8. Ulang aktiviti dengan menggunakan penuras berwarna hijau dan kuning.
9. Lengkapkan jadual berikut berdasarkan aktiviti.

242

Tema 4 Fizik Moden

Analisis data: Biru Hijau Kuning
Penuras warna

λ (nm)

f= c (Hz)
λ

Keupayaan pincang, Vo (V)
Arus, I (A)

Perbincangan:
1. Tentukan nilai pemalar Planck, h mengikut rumus yang diberikan.

h = V01 − V02 (e) Eksperimen Kesan Bab 07 Nota40 B07-243a
f1 − f2 http://kubupublication.com.my/Fizik/Tingkatan5/Nota40.pdf

2. Hitung nilai pemalar Planck, h bagi semua warna. Fotoelektrik Aktiviti alternatif
Seterusnya, bandingkan nilai yang diperoleh dan menggunakan kaedah simulasi
buat satu rumusan mengenainya. http://kubupublication.com.my/
Fizik/Tingkatan5/Nota40.pdf

Ciri-ciri kesan fotoelektrik Bagaimana menerbitkan Bab 07 Nota41 B07-243b
http://kubupublication.com.my/Fizik/Tingkatan5/Nota41.pdf
Berdasarkan keputusan ujikaji kesan fotoelektrik, ciri-ciri
kesan fotoelektrik dapat diperhatikan. rumus penentuan nilai
Jalankan aktiviti 7G untuk mengenal pasti ciri-ciri tersebut. pemalar Planck?
http://kubupublication.com.my/
7G Fizik/Tingkatan5/Nota41.pdf

Tujuan: Mengumpul maklumat dan melaporkan empat ciri kesan fotoelektrik
Arahan:
1. Jalankan aktiviti ini secara berkumpulan.
2. Buat pencarian maklumat dengan merujuk kepada graf-graf yang diberikan untuk
membantu anda mengenal pasti ciri-ciri kesan fotoelektrik.
3. Dalam pencarian anda, kenal pasti ciri-ciri kesan fotoelektrik yang tidak dapat diterangkan
oleh teori gelombang (klasik).
4. Sediakan laporan dalam bentuk yang sesuai untuk menjalankan Gallery Tour. Bandingkan
jawapan kumpulan anda dengan kumpulan lain.

(a) Graf arus fotoelektrik, I melawan (b) Graf arus fotoelektrik, I melawan
beza keupayaan, V bagi logam beza keupayaan, V bagi
berlainan keamatan sinaran berlainan

I(mA) I(mA)

Im 3Im Keamatan 3 kali
2Im Keamatan 2 kali
Im Keamatan 1 kali

Vo1 Vo2 Vo3 V(Volt) –Vo V(Volt)

243

Fizik Kuantum Bab 7

Vo1 Vo2 Vo3 V(Volt) 2Im Keamatan 2 kali
Im Keamatan 1 kali
(i) Terangkan bentuk graf ini.
–Vo V(Volt)
(ii) Apakah yang diwakili oleh Vo?
(iii) Hubung kait Vo dan jenis logam. (i) Terangkan bentuk graf ini.
(iv) Apakah yang diwakili oleh Im? (ii) Hubung kait Vo dengan keamatan
(v) Hubung kait Im dan jenis logam. cahaya.
(iii) Hubungkait Im dengan keamatan
(c) Graf arus fotoelektrik, I melawan cahaya.
beza keupayaan, V bagi
frekuensi sinaran, f berlainan (d) Graf keupayaan penghenti, Vo
melawan frekuensi sinaran, f
I(mA) bagi logam berlainan

Vo(Volt)

Im f1 < f2 < f3

f1 f2 f3 V(Volt) fo1 fo2 fo3 Frekuensi, f (Hz)
Vo3 Vo2 Vo1 0
(i) Terangkan bentuk graf ini.
(i) Terangkan bentuk graf ini. (ii) Adakah elektron akan dikeluarkan
(ii) Hubung kait Vo dan f. dari logam jika frekuensi kurang
(iii) Apakah tenaga yang diwakili ole Vo. dari fo?
(iv) Jika f semakin berkurang sehingga (iii) Hubungkait fo dengan jenis logam.
fo, apakah yang berlaku kepada Vo?
(v) Dalam situasi (iv), apakah nama
frekuensi ini?

Kesimpulan daripada keputusan aktiviti kesan fotoelektrik ialah:
i. Kadar penghasilan fotoelektron oleh suatu logam bergantung kepada keamatan sinaran.
ii. Kesan fotoelektrik hanya akan berlaku jika frekuensi sinaran melebihi nilai frekuensi
ambang.
iii. Tenaga kinetik maksimum fotoelektron berkadar terus dengan frekuensi sinaran tetapi tidak
bergantung kepada keamatan sinaran.
iv. Fotoelektron akan dipancarkan serta merta dari logam apabila sinaran mengenai logam
tersebut.

Walaubagaimanapun, teori gelombang klasik gagal untuk menjelaskan fenomena kesan fotoelektrik
berkaitan dengan kewujudan frekuensi ambang, tenaga kinetik fotoelektron bertambah dengan
frekuensi dan pemancaran elektron yang serta merta. Oleh itu, satu konsep baru telah disarankan
oleh Einstein bagi menjelaskan fenomena yang berlaku dalam kesan fotoelektrik ini.

244

Tema 4 Fizik Moden

7.2 2

Lengkapkan silang kata mengenai kesan fotoelektrik 6

1
3
4
5

7

8

9
10

Menegak
1. Teori gelombang klasik menyatakan bahawa tenaga cahaya adalah
2. Permulaan teori fizik moden
4. Kadar penghasilan fotoelektron oleh suatu logam bergantung kepada
5. Frekuensi minimum supaya fotoelektron dapat dipancarkan.
6. Satu nilai pemalar yang digunakan untuk menggambarkan tenaga foton
7. Elektron yang terpancar daripada permukaan suatu logam apabila sinaran elektromagnet
ditujukan pada permukaan logam tersebut.
9. Beliau menemui fenomena kesan fotoelektrik semasa beliau mengkaji gelombang radio

Melintang
2. Einstein menyarankan bahawa cahaya wujud dalam bentuk kuanta yang dikenali sebagai
3. Tenaga kinetik maksimum fotoelektron bertambah dengan
8. Fenomena pemancaran elektron daripada permukaan suatu logam apabila sinaran
elektromagnet ditujukan pada permukaan logam ters
10. Anugerah Nobel untuk kesan fotoelektrik

245

Fizik Kuantum Bab 7

7.3 Kesan Fotoelektrik Einstein

Seperti yang telah dipelajari, Einstein mengembangkan Walaupun Einstein sangat
teori Planck dengan menyatakan bahawa cahaya wujud terkenal dengan rumus E = mc2,
dalam bentuk kuanta yang dipanggil foton. beliau sebenarnya mendapat
Tenaga satu foton diberikan oleh : Anugerah Nobel Fizik untuk kesan
fotoelektrik.
E = hƒ = hc
λ

Fungsi kerja, fungsi kerja minimum dan frekuensi ambang

Ciri-ciri kesan fotoelektrik berdasarkan teori kuantum Einstein

i) Kadar penghasilan elektron oleh suatu logam bergantung kepada keamatan sinaran

Foton

Foton

Logam Logam

Elektron

Litar Elektron
Litar

Rajah 7.3 (a) Rajah 7.3 (b)

• Setiap foton akan membekalkan tenaga, E sebanyak hf kepada satu elektron untuk
membebaskannya daripada permukaan logam.
• Rajah 7.3(a) menunjukkan keamatan sinaran rendah bagi cahaya ungu maka bilangan foton
rendah. Jadi, kadar penghasilan elektron adalah rendah.
• Rajah 7.3(b) menunjukkan keamatan sinaran tinggi bagi cahaya ungu maka bilangan foton
tinggi. Jadi, kadar penghasilan elektron adalah tinggi.
• Oleh itu, pertambahan bilangan foton akan menambahkan bilangan elektron yang dibebaskan.

246

Tema 4 Fizik Moden

ii) Tenaga kinetik maksimum elektron yang dipancarkan berkadar terus dengan frekuensi sinaran

E<W E=W E = W + KEmax
Tiada elektron dipancarkan Elektron dipancarkan tetapi Elektron dipancarkan dengan
tenaga kinetik adalah sifar tenaga kinetik maksimum
f < fo
f = fo f > fo

E E Vmax
Logam Logam E

WO V=0 WO
WO

Logam

• Einstein menyarankan bahawa setiap elektron diikat dengan satu tenaga ikatan (binding
energy) yang dikenali sebagai fungsi kerja, W.
• Elektron hanya akan dikeluarkan daripada permukaan logam jika tenaga foton, E yang
dikenakan melebihi fungsi kerja minimum,W0 bagi logam tersebut.
• Lebihan tenaga foton tersebut akan dibekalkan sebagi tenaga kinetik, KE bagi elektron yang
dikeluarkan, maka

E = W + KEmax

hƒ = W + 1 mv2
2

di mana v = halaju maksimum

iii) Kesan fotoelektrik hanya berlaku jika frekuensi sinaran melebihi frekuensi ambang, fo

• Berdasarkan graf, tenaga kinetik elektron meningkat jika Graf tenaga kinetik elektron
melawan frekuensi
frekuensi meningkat.

• Pada fo, tenaga kinetik elektron adalah sifar. Tenaga kinetic elektron (J)
Ini bermakna elektron tidak dapat dipancarkan dari permukaan

logam jika frekuensi sinaran kurang daripada fo.

Bab 07 Nota42 B07-247
http://kubupublication.com.my/Fizik/Tingkatan5/Nota42.html

Gunakan simulasi komputer untuk menjana idea bahawa

frekuensi ambang bergantung kepada jenis logam.

Tukarkan sumber cahaya kepada warna ungu, biru, hijau, fo
kuning, jingga dan merah untuk memerhatikan lebih Frekuensi, f (Hz)
banyak perubahan.

http://kubupublication.com.my/Fizik/Tingkatan5/Nota42.html

247

Fizik Kuantum Bab 7

Cahaya merah Cahaya hijau Elektron Cahaya biru Elektron
dikeluarkan dikeluarkan

Logam Logam Logam

fmerah < f0 fhijau < f0 fbiru < f0

Frekuensi cahaya merah, Frekuensi cahaya hijau, fhijau Frekuensi cahaya hijau, fbiru
fmerah adalah lebih rendah adalah lebih besar daripada adalah lebih besar daripada
daripada frekuensi ambang frekuensi ambang logam, f0. frekuensi ambang logam, f0.
logam, f0. Maka, fotoelektron Fotoelektron dikeluarkan
Maka, tiada elektron dikeluarkan. dengan tenaga kinetik yang
dikeluarkan lebih tinggi.

• Ini menunjukkan bahawa kesan fotoelektrik hanya akan berlaku jika frekuensi sinaran
melebihi frekuensi ambang, fo dan bergantung kepada jenis logam.
• Frekuensi ambang, fo ialah frekuensi minimum yang boleh menghasilkan kesan fotoelektrik
pada logam.

iv) Elektron akan dikeluarkan serta merta dari permukaan logam sebaik sinaran mengenainya

Elektron • Tenaga setiap foton dipindahkan kepada
dikeluarkan satu elektron dengan serta merta seperti
perlanggaran antara dua objek. Dengan itu,
Foton kesan fotoelektrik berlaku serta merta sebaik
sahaja sinaran ditujukan ke permukaan logam.

Elektron Logam

Berdasarkan semua penerangan di atas, telah terbukti bahawa teori fotoelektrik Einstein dapat
menjelaskan dengan tepat dan lengkap fenomena kesan fotoelektrik.

Seterusnya, jalankan aktiviti 7H untuk membandingkan teori gelombang klasik dan teori
fotoelektrik Einstein dalam menerangkan ciri-ciri kesan fotoelektrik.

248

Tema 4 Fizik Moden

7H

Tujuan: Membandingkan teori gelombang klasik dan teori fotoelektrik Einstein dalam
menerangkan ciri-ciri kesan fotoelektrik.

Arahan:
1. Jalankan aktiviti secara Simultaneous Round Table untuk melengkapkan jadual.
2. Bandingkan jawapan kumpulan anda dengan kumpulan yang lain.
3. Bincangkan jawapan yang sesuai.

Teori gelombang klasik Ciri kesan fotoelektrik Teori fotoelektrik Einstein

Kesan frekuensi ke atas kesan
fotoelektrik

Hubungan tenaga kinetik
elektron dengan keamatan

Tenaga sinaran elektromagnet

Masa yang diambil untuk
pancaran fotoelektron berlaku

Menentukan fungsi kerja logam

Fungsi kerja, W ialah tenaga minimum untuk mengeluarkan elektron daripada permukaan
logam dan boleh ditentukan melalui:

W = ℎf0

3:

Frekuensi ambang bagi logam zink ialah 1.18 × 1015 Hz. Hitung fungsi kerja bagi logam tersebut.

Fungsi kerja, W = ℎf0 × 10−34 J s)(1.18 × 1015 Hz)
= (6.63

= 7.82 × 10−19 J

249

Fizik Kuantum Bab 7

Menyelesaikan masalah melibatkan persamaan kesan fotoelektrik Einstein

4:

Fungsi kerja bagi logam kuprum ialah 7.53 × 10-19 J. Sumber cahaya yang mempunyai
frekuensi 3.0 x 1016 Hz disinarkan pada permukaan kuprum tersebut.
(i) Adakah kesan fotoelektrik akan berlaku? Jelaskan jawapan anda.
(ii) Hitung tenaga kinetik maksimum bagi fotoelektron.
(iii) Tentukan laju maksimum fotoelektron.
[Jisim elektron = 9.1 × 10-31 kg]

(i) Efoton= ℎf
=(6.63 × 10−34 J s)(3.0 × 1016 Hz)
=2.0 × 10−17 J
Elektron hanya akan dikeluarkan jika tenaga foton lebih besar daripada fungsi kerja kuprum.
Jika kita membandingkan kedua-dua nilai:
2.0 × 10−17 J >7.53 × 10−19 J
Efoton > Wkuprum

Maka kesan fotoelektrik boleh berlaku

(ii) Tenaga kinetik maksimum fotoelektron (iii) Laju maksimum fotoelektron,
1
boleh dihitung dari persamaan, KEmaksimum = 2 mv2max

Efoton = Wlogam + KEmaksimum ( )1
KEmaksimum = Efoton − Wlogam
=2.0 × 10−17 J − 7.53 × 1019 J 1.92 × 10−17 J = 2 (9.1 × 10−31kg)v2max

=1.92 × 10−17 J vmax=6.5 × 105 m s−1

Penghasilan arus fotoelektrik dalam sebuah sel foto

Sel foto ialah peranti elektronik yang berfungsi dengan mengaplikasikan kesan fotoelektrik
serta menukarkan tenaga cahaya kepada tenaga elektrik.

Komponen sel foto terdiri daripada

Pemancar (katod, C)

A Pengumpul • Berbentuk semi silinder.
• Diperbuat dari cesium atau logam yang
Pemancar C diselaputi cesium.

Mentol kuarza Pengumpul (anod, A)
• Berbentuk gegelung dawai.

Mentol kuarza
• Tiub kaca pemindahan.

Sel Foto 250

Tema 4 Fizik Moden

Pemancar C Sumber cahaya
A Pengumpul

Bateri Mikroammeter

Litar sel foto Mengapa cesium?

Penghasilan arus fotoelektrik dalam litar sel foto Bab 07 Nota43 B07-251
http://kubupublication.com.my/Fizik/Tingkatan5/Nota43.pdf
• Pemancar disambungkan kepada terminal negatif bateri (katod).
• Pengumpul disambungkan kepada terminal http://kubupublication.
• Sumber cahaya yang digunakan mestilah mempunyai frekuensi com.my/Fizik/
Tingkatan5/Nota43.pdf
yang lebih tinggi daripada frekuensi ambang logam katod.
• Apabila cahaya tuju dengan frekuensi yang sesuai ditujukan

kepada pemancar, dengan serta merta elektron akan dikeluarkan.
• Elektron akan tertarik kepada pengumpul yang bersifat positif.
• Pengaliran elektron ini menghasilkan arus elektrik dan

pemesongan jarum mikroammeter dapat diperhatikan.
• Jika keamatan sumber cahaya ditingkatkan, maka penghasilan

arus fotoelektrik juga akan meningkat.

7I

Tujuan: Mereka bentuk kereta solar
Arahan:
1. Aktiviti ini dijalankan secara berkumpulan.
2. Setiap kumpulan perlu membuat pencarian maklumat untuk mereka bentuk kereta solar
yang mampu bergerak lebih jauh dalam masa yang lebih lama dengan mengaplikasi
konsep-konsep fizik termasuklah kesan fotoelektrik.
3. Bincangkan maklumat yang diperlukan untuk membina kereta solar ini.
4. Reka bentuk, bina dan lancarkan kereta solar anda di kawasan lapang sebagai satu
pertandingan.
5. Sediakan laporan mengenai kereta solar yang telah anda bina.
6. Dalam laporan anda, terangkan penghasilan arus fotoelektrik bagi kereta solar anda.

251

Fizik Kuantum Bab 7

Aplikasi kesan fotoelektrik

Anda telah mempelajari tentang kesan fotoelektrik dan penghasilan arus fotoelektrik.
Seterusnya, anda akan menggunakan konsep-konsep yang telah dipelajari untuk memahami
aplikasi kesan fotoelektrik.

Pengesan infra merah (IR)

Pemancar IR Penerima IR

Penjana IR Sinar tuju IR IR Pengesan
Rx gelombang
gelombang Tx

LED IR dan kanta Sel foto dan kanta Penggera

• Sel foto digunakan di dalam alat pengesan pencerobohan atau kecurian.
• Alat ini menggunakan infra merah sebagai sumber cahaya.
• Pemancar infra merah ini ditujukan secara berterusan ke atas sel foto. Ini menyebabkan

kesan fotoelektrik berterusan dan arus fotoelektrik sentiasa mengalir di dalam litar.

• Apabila terdapat gangguan/pemotongan pada sinar tuju infra merah, sumber cahaya sel foto

akan terputus dan arus fotoelektrik akan berhenti.

• Ini menyebabkan suis geganti akan diaktifkan maka penggera akan berbunyi.

Pemacu cakera padat Teknologi Maklumat dan Komunikasi

Sekitar tahun 1990-an, penggunaan cakera padat sebagai peranti storan data telah mula
diperkenalkan di Malaysia. Kemudian, cakera video digital (DVD) pula digunakan dan kini
blu-ray menggantikan penggunaan kedua-dua cakera tersebut dengan lebih meluas kerana
mampu menyediakan ruang yang lebih besar untuk storan data dan program. Bagaimana
pula penyimpanan data untuk tahun-tahun sebelumnya? Gunakan pautan yang diberi untuk
maklumat lanjut.

Tempat meletak cakera 1 Pembesar Bab 07 Nota44 B07-252
Sel foto Litar suara http://kubupublication.com.my/Fizik/Tingkatan5/Nota44.pdf

2 elektronik

Sel foto 3 4
Laser
Laser Pita magnetik
Butang play Rajah 7.4(b) Fungsi kerja http://kubupublication.
com.my/Fizik/Tingkatan5/
Rajah 7.4(a) Struktur pemacu cakera pemacu cakera Nota44.pdf

Rajah 7.4(a) menunjukkan kedudukan sel foto dan laser manakala Rajah 7.4(b) menunjukkan
fungsi kerja pemacu cakera padat. Fungsi kerja bagi pemacu cakera video digital dan blu-ray
adalah menyerupai cakera padat.

252

Tema 4 Fizik Moden

Bagaimana sel foto diaplikasi dalam pemacu cakera padat? Trek

(1) Laser Sektor Ruang
Titik
• Apabila butang play pada pemacu cakera ditekan, cakera

padat akan mula diputarkan.

• Laser akan terpancar pada permukaan berkilat di bawah

cakera padat dan mula mengimbas maklumat dari

bahagian tengah cakera ke luar mengikut trek. Rajah 7.4(c) Permukaan

(2) Sel foto berkilat cakera padat

• Sel foto akan mengesan pantulan sinaran laser melalui bit-bit magnet yang membentuk

titik dan ruang pada permukaan berkilat di bawah cakera padat.

• Titik tidak akan memantul semula sinar laser maka tiada arus fotoelektrik terhasil.

• Ruang pula akan memantul semula sinar laser maka arus fotoelektrik terhasil.

(3) Litar elektronik

• Litar elektronik akan mengesan arus fotoelektrik yang dihantar oleh sel foto dan

menukarnya kepada nombor binari.

• Jika tiada arus terhasil maka litar elektronik akan menjana nombor 0.

• Jika wujud arus fotoelektrik maka litar elektronik akan menjana nombor 1.

• Maklumat daripada sistem nombor binari akan menghasilkan corak yang kemudiannya

ditukarkan kepada bentuk arus elektrik (tenaga elektrik).

(4) Pembesar suara

• Pembesar suara akan menukarkan tenaga elektrik kepada tenaga bunyi.

Jalankan Aktiviti 7.3.4 untuk lebih memahami aplikasi kesan fotoelektrik.

7J

Tujuan: Membuat pencarian maklumat dan melaporkan tentang aplikasi kesan fotoelektrik
Arahan:
1. Aktiviti ini dijalankan secara berkumpulan.
2. Setiap kumpulan perlu membuat pencarian maklumat tentang aplikasi kesan fotoelektrik seperti:
• Sel suria
• Pengesan cahaya pada pintu automatic
• Pengesan imej
• Panel suria pada ISS dan lain-lain lagi
3. Bincangkan maklumat yang diperlukan untuk pencarian maklumat.
4. Sediakan laporan mengenai aplikasi kesan fotoelektrik dan jalankan Gallery Tour.

7.3

1. Jika fungsi kerja tungsten ialah 4.52 eV, hitung
(a) frekuensi ambang tungsten
(b) tenaga kinetic maksimum

2. Hitung tenaga elektron yang dipancarkan dari permukaan perak dengan menggunakan
cahaya berfrekuensi 6.0 × 1014 Hz. [Wperak = 4.0 eV]

253

Fizik Kuantum Bab 7

Latihan Pengukuhan
1. Nyatakan satu bukti yang menunjukkan cahaya mempunyai sifat gelombang. Jelaskan

jawapan anda.

2. Antara sinar infra merah, cahaya tampak dan ultra ungu, foton yang manakah mempunyai
tenaga paling tinggi? Huraikan jawapan anda.

3. Berjemur di bawah sinaran matahari boleh merosakkan sel kulit. Mengapa radiasi ultra
ungu mampu menyebabkan hal ini berlaku manakala radiasi infra merah tidak?

4. Kita tidak dapat memerhatikan panjang gelombang bagi jirim-jirim yang berada di
sekeliling kita. Mengapa?

5. Jelaskan mengapa mikroskop elektron mempunyai kuasa resolusi yang lebih tinggi
berbanding mikroskop cahaya.

6. Satu elektron bergerak dengan halaju 6.5 × 106 ms-1. Kira panjang gelombang de Broglie
zarah tersebut. Berapakah panjang gelombang de Broglie bagi satu proton yang bergerak
dengan halaju yang sama?

7. Tentukan tenaga satu foton dalam eV yang mempunyai panjang gelombang 475 nm.

8. Hitung panjang gelombang bagi sebutir pasir berjisim 0.9 mg yang diterbangkan oleh
angin dengan halaju 20 ms-1.

9. Zarah alfa (m = 6.64 × 10-27 kg) yang dipancarkan oleh reputan satu unsur bahan radioaktif
mempunyai tenaga 4.6 MeV. Kira panjang gelombang de Broglie bagi zarah alfa tersebut.

10. Satu foton mempunyai tenaga sebanyak 2.59 eV. Hitung frekuensi dan panjang gelombang
bagi foton tersebut.

11. Fungsi kerja bagi perak ialah 3.315 eV. Hitung frekuensi ambang dan panjang gelombang
ambang bagi perak.

12. Satu sinar cahaya dengan panjang gelombang 480 nm menyebabkan kesan fotoelektrik
pada satu permukaan sejenis logam. Hitung fungsi kerja bagi logam ini dalam eV.

13. Fungsi kerja sejenis logam ialah 2 eV. Hitung frekuensi minimum bagi sumber sinaran
yang boleh menyebablan kesan fotoelektrik berlaku.

14. Fungsi kerja bagi sejenis logam ialah 3 eV. Hitung frekuensi ambang bagi logam ini. Jika
sinaran dengan panjang gelombang 650 nm ditujukan kepada permukaan logam tersebut,
adakah fotoelektron akan dipancarkan?

254

Tema 4 Fizik Moden

Latihan Pengayaan
1.

Emax (eV)




f (×1014 Hz)
4.62


Rajah 7.5

Rajah 7.5 menunjukkan hubungan di antara tenaga kinetik maksimum, Emax fotoelekron dengan
frekuensi, f cahaya yang digunakan untuk memancarkan elektron daripada sel foto.

(a) Hitung nilai α
(b) Hitung tenaga kinetik maksimum bagi fotoelektron jika frekuensi sinaran yang digunakan
ialah 6.32 × 1014 Hz.

2.

Sumber cahaya

l


microammeter




Rajah 7.6


Rajah 7.6 menunjukkan satu litar sel foto tetapi penghasilan arus fotoelektrik adalah rendah.

Cadangkan pengubahsuaian yang sesuai supaya penghasilan arus fotoelektrik meningkat.
Pengubahsuaian anda boleh merangkumi aspek-aspek seperti sumber cahaya yang digunakan,
panjang gelombang cahaya, frekuensi cahaya dan katod. Jelaskan cadangan anda.

Bab 07 Nota45 B07-255
Penilaian Tambahan http://kubupublication.com.my/Fizik/Tingkatan5/Nota45.pdf

http://kubupublication.
com.my/Fizik/Tingkatan5/
Nota45.pdf

255

Fizik Kuantum Bab 7

Tema 4 Fizik Moden

256

Bab 07 Nota46 B07-256
http://kubupublication.com.my/Fizik/Tingkatan5/Nota46.pdf

Rumusan Konsep