64 TINGKATAN 4 3 Kegravitian • Daya memusat – centripetal force (d) Planet bergerak sangat laju apabila ia berada sangat dekat dengan Matahari dan bergerak sangat perlahan apabila ia berada paling jauh dari Matahari. 4 Hukum Kepler Ketiga (Hukum Tempoh) menyatakan bahawa kuasa dua tempoh orbit planet adalah berkadar terus dengan kuasa tiga jejari orbitnya, T 2 ∝ r 3 . (a) Tidak seperti dua hukum Kepler sebelum ini yang menggambarkan ciriciri gerakan bagi sebuah planet, Hukum Kepler Ketiga membandingkan ciriciri gerakan bagi planet-planet yang berlainan. (b) Contohnya, Bumi mengorbit Matahari dengan jejari yang lebih pendek daripada Marikh. Bumi mengambil masa 1 tahun untuk membuat satu peredaran lengkap, manakala Marikh mengambil masa 1.9 tahun untuk membuat satu peredaran lengkap. (c) Hal ini menunjukkan planet-planet yang lebih dekat dengan Matahari mengambil masa yang singkat untuk melengkapkan satu orbit mengelilingi Matahari. Matahari Utarid 0.2 tahun Zuhrah 0.6 tahun Bumi 1.0 tahun Marikh 1.9 tahun Musytari 11.9 tahun Zuhal 29.5 tahun Uranus 84.0 tahun Neptun 164.8 tahun Rajah 3.16 Tempoh orbit bagi planet-planet dalam Sistem Suria (d) Hukum Kepler Ketiga boleh diterbitkan dengan menggunakan rumus Hukum Kegravitian Semesta Newton dan daya memusat. Terbitan bagi Hukum Kepler Ketiga: Daya graviti = Daya memusat GMm r 2 = mv 2 r GM r = v 2 …………9 Laju linear planet, v = 2πr T …………10 Gantikan 10 ke dalam 9 : GM r = 2πr T 2 GM r = 4π2 r 2 T 2 T 2 = 4π2 GM r 3 T 2 = kr 3 dengan pemalar, k = 4π2 GM Oleh itu, T 2 ∝ r 3 (Hukum Kepler Ketiga) Revisi Esensi Fizik Form 4 03-04.indd 64 30/03/2023 10:44 AM PENERBIT ILMU BAKTI SDN. BHD.
65 TINGKATAN 4 3 Kegravitian (e) Hukum Kepler Ketiga memberi penerangan yang tepat mengenai tempoh dan jarak bagi sebuah planet untuk mengorbit Matahari dan juga bagi sebuah satelit untuk mengorbit Bumi. (i) Bagi sistem planet dan Matahari, M ialah jisim Matahari. (ii) Bagi sistem satelit dan Bumi, M ialah jisim Bumi. Menyelesaikan Masalah Menggunakan Rumus Hukum Kepler Ketiga 1 Daripada Hukum Kepler Ketiga, hubungan antara tempoh orbit, T dengan jejari orbit, r ialah T 2 = 4π2 GM r 3 . Katakan tempoh orbit bagi dua planet: Planet 1, T1 2 = 4π2 GM r1 3 ……………11 Planet 2, T2 2 = 4π2 GM r2 3 ……………12 Persamaan 11 ÷ Persamaan 12: T1 2 T2 2 = r1 3 r2 3 2 Bagi sebuah planet yang mengorbit Matahari, r ialah jarak di antara pusat planet dengan pusat Matahari. 3 Bagi sebuah satelit yang mengorbit Bumi, r ialah jarak di antara pusat satelit dengan pusat Bumi. r = R + h dengan R = jejari Bumi (6 370 km) h = ketinggian satelit dari permukaan Bumi Purata jarak orbit Marikh ialah 1.52 kali daripada purata jarak orbit Bumi. Bumi mengorbit Matahari selama lebih kurang 365 hari. Berdasarkan Hukum Kepler Ketiga, hitung tempoh bagi Marikh untuk mengorbit Matahari. [Diberi bahawa r Marikh = 1.52 × rBumi dan TBumi = 365 hari] Contoh Penyelesaian: (T Marikh) 2 (T Bumi) 2 = (r Marikh) 3 (r Bumi) 3 (T Marikh) 2 = (T Bumi) 2 × (r Marikh) 3 (r Bumi) 3 (T Marikh) 2 = (365 hari)2 × (1.52)3 T Marikh = 684 hari Satelit A mengambil masa 7 hari untuk melengkapkan satu orbit mengelilingi sebuah planet. Jarak di antara Satelit A dengan planet itu ialah 380 km. Satelit B pula mengelilingi planet yang sama dalam tempoh 6 hari. Berapakah jarak di antara satelit B dengan planet itu? Penyelesaian: rB B rA A Tempoh orbit bagi satelit A, TA = 7 hari Tempoh orbit bagi satelit B, TB = 6 hari Jejari orbit bagi satelit A, rA = 380 km Jejari orbit bagi satelit B = rB (T A) 2 (T B) 2 = (r A) 3 (r B) 3 7 2 6 2 = 380 2 (r B) 3 r B = 3 3803 × 62 72 r B = 343 km ∴ Jarak di antara satelit B dengan planet itu ialah 343 km. Contoh • Tempoh orbit – Orbital period Revisi Esensi Fizik Form 4 03-04.indd 65 30/03/2023 10:44 AM PENERBIT ILMU BAKTI SDN. BHD.
66 TINGKATAN 4 3 Kegravitian semak cepat 3.2 1 Nyatakan Hukum Kepler Ketiga. 2 Anggarkan jisim Matahari. [ Jejari Bumi mengelilingi Matahari = 1.5 × 1011 m, tempoh peredaran = 3.15 × 107 s, G = 6.67 × 10–11 kg–1 m3 s–2] 3 Sebuah satelit, P dengan jisim m mengorbit mengelilingi Bumi dalam tempoh T. Satelit lain, Q dengan jisim 2m mengorbit mengelilingi Bumi dalam tempoh 1 2 T. Berapakah nisbah jejari orbit P kepada jejari orbit Q? 3.3 Satelit Buatan Manusia 1 Untuk melancarkan sebuah satelit buatan manusia ke dalam orbit, satelit itu mestilah mempunyai laju linear yang sesuai untuk bergerak pada ketinggian tertentu di sekeliling Bumi. 2 Rumus bagi Hukum Kegravitian Semesta Newton dan daya memusat boleh digunakan untuk menentukan laju linear satelit. Daya graviti = Daya memusat GMm r 2 = mv 2 r v = GM r 3 Laju linear juga dikenali sebagai halaju orbit. 4 Jika satelit berada pada ketinggian, h, jauh di atas permukaan Bumi, maka jejari orbit satelit, r = R + h dengan R = jejari Bumi h = ketinggian satelit Oleh itu, laju linear bagi satelit, v = GM R + h 5 Jika laju linear satelit ialah v = GM r , kelajuan itu adalah cukup besar untuk satelit itu bergerak dalam orbit bulat mengelilingi Bumi. Pecutan memusat satelit itu adalah sama dengan pecutan graviti. 6 Bagi laju linear satelit, v GM r , (a) Jika v sangat rendah, satelit akan jatuh ke orbit yang lebih rendah dan terus mengelilingi serta mendekati Bumi sehingga memasuki atmosfera. (b) Jika v tidak terlalu rendah, satelit akan bergerak dalam orbit bulat mengelilingi Bumi tetapi pada jarak yang jauh. Satelit MEASAT mengorbit Bumi dengan laju linear 3 070 m s–1. Berapakah jejari orbit satelit itu? [G = 6.67 × 10–11 N m2 kg–2, jisim Bumi = 5.97 × 1024 kg, jejari Bumi = 6.37 × 106 m] Penyelesaian: Daripada rumus: v = GM r r = GM v2 r = (6.67 × 10–11)(5.97 × 1024) (3 070)2 r = 4.22 × 107 m ∴ Jejari orbit bagi MEASAT ialah 4.22 × 107 m. Contoh Stesen Angkasa Antarabangsa mengorbit pada ketinggian 400 km di atas permukaan Bumi. Berapakah laju linear bagi stesen angkasa itu? [G = 6.67 × 10–11 N m2 kg–2, jisim Bumi = 5.97 × 1024 kg, jejari Bumi = 6.37 × 106 m] Penyelesaian: r = (6.37 × 106 m) + 400 km r = 6 770 000 m Menggunakan rumus, v = GM r v = (6.67 × 10–11)(5.97 × 1024) 6 770 000 v = 7 669.3 m s–1 ∴ Laju linear bagi Stesen Angkasa Antarabangsa itu ialah 7 669.3 m s–1. Contoh Revisi Esensi Fizik Form 4 03-04.indd 66 30/03/2023 10:44 AM PENERBIT ILMU BAKTI SDN. BHD.
67 TINGKATAN 4 3 Kegravitian Satelit Geopegun dan Satelit Bukan Geopegun 1 Satelit buatan manusia bergerak dalam orbit pada ketinggian tertentu di atas permukaan Bumi ditunjukkan dalam Rajah 3.17. Orbit Rendah Bumi (LEO) 500 – 1 000 km Orbit Sederhana Bumi (MEO) 2 000 – 20 000 km Orbit Pindah Geopegun (GTO) 200 – 36 000 km Orbit Segerak Matahari (SSO) 800 km Stesen Angkasa Antarabangsa (ISS) 300 – 400 km Orbit Bumi Geopegun (GEO) 36 000 km Rajah 3.17 Orbit yang mengelilingi Bumi 2 Terdapat dua jenis satelit yang mengelilingi Bumi. Satelit-satelit itu ialah satelit geopegun dan satelit bukan geopegun. 3 Satelit geopegun ialah satelit yang kekal pegun pada satu titik dari Bumi dengan pemancar dan penerima di Bumi boleh dihalakan ke satelit pada bila-bila masa tanpa perlu diselaraskan. 4 Satelit bukan geopegun ialah satelit dengan kedudukan relatifnya dari Bumi adalah tidak tetap. 5 Jadual 3.2 menunjukkan perbandingan antara dua jenis satelit itu. Jadual 3.2 Perbandingan antara satelit geopegun dengan satelit bukan geopegun Ciri-ciri Satelit geopegun Satelit bukan geopegun Lokasi – Berada dalam suatu orbit khas yang dinamakan Orbit Bumi Geopegun – Sentiasa berada di atas kedudukan geografi yang sama di permukaan Bumi – Berada dalam orbit lebih rendah atau lebih tinggi daripada Orbit Bumi Geopegun – Berada di atas kedudukan geografi yang berubah-ubah di permukaan Bumi Arah gerakan Arah yang sama dengan arah putaran Bumi Tidak semestinya sama dengan arah putaran Bumi Tempoh orbit 24 jam Lebih pendek atau lebih panjang daripada 24 jam Jangka hayat purata 8 tahun 5 tahun Fungsi Sebagai satelit komunikasi Digunakan untuk pengimejan Bumi, GPS dan kaji cuaca Contoh satelit – MEASAT – Meteosat – INSAT – GOES – Himawari – TiungSAT – ISS – Razak SAT – E-SAT – Pipit • Satelit geopegun – Geostationary satellites • Satelit bukan geopegun – Non-geostationary satellites Revisi Esensi Fizik Form 4 03-04.indd 67 30/03/2023 10:44 AM PENERBIT ILMU BAKTI SDN. BHD.
68 TINGKATAN 4 3 Kegravitian Hitung jejari orbit bagi sebuah satelit geopegun. Berapakah ketinggian satelit itu di atas permukaan Bumi? [G = 6.67 × 10–11 N m2 kg–2, jisim Bumi = 5.97 × 1024 kg, jejari Bumi = 6.37 × 106 m] Penyelesaian: T 2 = 4π2 GM r 3 r 3 = GM 4π2 T 2 r 3 = (6.67 × 10–11)(5.97 × 1024) 4π2 (24 × 60 × 60)2 r 3 = 7.529 × 1022 r = 4.22 × 107 m ∴ Ketinggian satelit di atas permukaan Bumi = (4.22 × 107 ) – (6.37 × 106 ) = 3.58 × 107 m Contoh Sebuah satelit diletakkan dalam satu orbit mengelilingi Musytari. Berapakah jejari orbit satelit itu jika tempoh orbit ialah 10 jam? [G = 6.67 × 10–11 N m2 kg–2, jisim Musytari = 1.9 × 1027 kg] Penyelesaian: r 3 = GM 4π2 T 2 r 3 = (6.67 × 10–11)(1.9 × 1027) 4π2 (10 × 60 × 60)2 r 3 = 4.16 × 1024 r = 1.61 × 108 m Contoh Halaju Lepas 1 Halaju lepas, ve, ialah halaju minimum yang diperlukan oleh suatu objek untuk mengatasi daya graviti suatu jasad yang besar seperti Bumi. 2 Katakan objek itu ialah roket yang dilancarkan dari Bumi ke angkasa lepas seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3.18. r m M ve Rajah 3.18 Roket dilancarkan dengan halaju lepas Jika roket berjisim m berada pada jarak r dari pusat Bumi yang berjisim M, maka tenaga keupayaan graviti yang dimiliki oleh roket itu ialah U = – GMm r 3 Halaju lepas dicapai apabila tenaga kinetik minimum yang dibekalkan kepada roket itu mengatasi tenaga keupayaan graviti. Tenaga kinetik minimum + tenaga keupayaan graviti = 0 1 2 mve 2 + –GMm r = 0 1 2 mve 2 = GMm r ve = 2GM r 4 Bagi objek di permukaan Bumi, jaraknya dari pusat Bumi adalah sama dengan jejari Bumi, R. Oleh itu, halaju lepas bagi objek itu ialah ve = 2GM R Tentukan halaju lepas dari Bumi. Penyelesaian: Jisim Bumi, M = 5.97 × 1024 kg Jejari Bumi, R = 6.37 × 106 m Halaju lepas dari Bumi, ve = 2GM R ve = 2(6.67 × 10–11)(5.97 × 1024) 6.37 × 106 ve = 1.12 × 104 m s–1 ve = 11.2 km s–1 Contoh • Jejari orbit – Orbital radius • Halaju lepas – Escape velocity Revisi Esensi Fizik Form 4 03-04.indd 68 30/03/2023 10:44 AM PENERBIT ILMU BAKTI SDN. BHD.
69 TINGKATAN 4 3 Kegravitian INFO dinamik Halaju lepas bagi suatu objek dari Bumi bergantung pada (a) jisim Bumi (b) jarak objek dari pusat Bumi 5 Manfaat dan implikasi halaju lepas adalah seperti berikut: (a) Halaju lepas dari Bumi yang tinggi membolehkannya untuk mengekalkan atmosfera di sekelilingnya. Molekulmolekul udara dalam atmosfera seperti oksigen dan nitrogen bergerak dengan laju linear purata 500 m s–1 dengan keadaan laju linearnya lebih rendah daripada 11.2 km s–1. Oleh itu, molekulmolekul udara tidak mungkin terlepas ke angkasa lepas. (b) Halaju lepas dari Bumi juga membolehkan kapal terbang komersial atau jet pejuang terbang sehingga aras yang tinggi dalam atmosfera tanpa terlepas ke angkasa lepas. Kapal terbang komersial boleh terbang dengan laju linear 250 m s–1 dan jet pejuang boleh mencapai laju linear supersonik sehingga 220 m s–1 dengan keadaan laju linearnya lebih rendah daripada 11.2 km s–1. (c) Pelancaran roket memerlukan kuantiti bahan api yang besar. Pembakaran bahan api perlu menghasilkan daya tujah yang tinggi untuk membolehkan roket mencapai halaju lepas dari Bumi, 11.2 km s–1 dan menghantar kapal angkasa ke angkasa lepas. 6 Jadual 3.3 menunjukkan nilai halaju lepas dari jasad dalam Sistem Suria. Jadual 3.3 Halaju lepas bagi planet, Matahari dan Bulan Jasad Halaju lepas, ve (km s–1) Utarid 4.3 Zuhrah 10.4 Marikh 5.0 Bumi 11.2 Jasad Halaju lepas, ve (km s–1) Musytari 59.5 Zuhal 35.5 Uranus 21.3 Neptun 23.5 Bulan 2.4 Matahari 618.0 Hitung jejari Marikh. [ Jisim Marikh = 6.42 × 1023 kg, halaju lepas Marikh = 5.0 km s–1] Penyelesaian: ve = 2GM R 5 000 = 2(6.67 × 10–11)(6.42 × 1023) R R = 2(6.67 × 10–11)(6.42 × 1023) (5 000)2 R = 3 425 712 m R = 3.43 × 106 km ∴ Jejari Marikh ialah 3.43 × 106 km. Contoh Untuk pengiraan, semak jawapan sekali lagi untuk mengelakkan kesalahan menekan kalkulator. SPM semak cepat 3.3 1 Nyatakan tiga ciri bagi satelit geopegun. 2 Sebuah satelit berjisim 50 kg mengorbit pada 1.5 × 109 m dari pusat Bumi. [G = 6.67 × 10–11 N m2 kg–2, jisim Bumi = 5.97 × 1024 kg, jejari Bumi = 6.37 × 106 m] Hitung (a) laju linear satelit itu, (b) halaju lepas satelit itu. Revisi Esensi Fizik Form 4 03-04.indd 69 30/03/2023 10:44 AM PENERBIT ILMU BAKTI SDN. BHD.
70 TINGKATAN 4 3 Kegravitian 1 Dua jisim, m dan M dipisahkan dengan jarak d. Daya graviti antara kedua-dua jisim itu ialah F. Jika jarak di antara kedua-dua jisim itu ditambah kepada 3d, berapakah daya graviti antara kedua-dua jisim itu? A F 3 C F 9 B 3F D 9F 2 Satu jasad dilepaskan berdekatan dengan permukaan sebuah planet yang berjisim M dan berjejari R. Berapakah pecutan graviti jasad itu? A MG R C R MG B MG R2 D R2 MG 3 Berapakah pecutan memusat bagi sebuah basikal yang bergerak pada kelajuan 12 m s–1 mengelilingi trek bulatan yang mempunyai jejari 50 m? A 0.24 m s–2 C 3.52 m s–2 B 2.88 m s–2 D 5.76 m s–2 4 Sebuah satelit digerakkan dari satu orbit bulat ke satu orbit bulat yang lebih tinggi dari permukaan Bumi. Antara yang berikut, kuantiti yang manakah bertambah? A Laju linear B Tarikan graviti C Pecutan memusat D Tenaga keupayaan graviti 5 Sebuah satelit mengorbit mengelilingi Bumi dalam tempoh malar T. Jika R ialah jejari Bumi dan g ialah pecutan graviti di permukaan Bumi, ungkapan manakah ialah jejari orbit? A gT 2 4π2 C gR2 T 2 4π2 1 3 B 4π2 gR2 T 2 1 2 D gR2 T 2 4π2 1 2 6 Satelit K berjisim m mengorbit mengelilingi sebuah planet dengan tempoh T. Satelit lain, L yang berjisim 2m mengorbit mengelilingi planet itu dengan tempoh 1 3 T. Berapakah nilai nisbah bagi jejari orbit satelit K kepada jejari orbit satelit L? A 0.48 C 1.50 B 0.67 D 2.08 7 Sebuah satelit berjisim m bergerak mengelilingi Bumi dalam satu orbit yang mempunyai jejari r. Satelit itu mengambil masa T untuk membuat satu peredaran lengkap. Satelit lain yang berjisim 4m mengambil masa yang sama untuk membuat satu peredaran lengkap. Berapakah jejari orbit bagi satelit kedua? A 1 4 r C r B 1 2 r D 2 r 8 Rajah 1 menunjukkan sebuah satelit berjisim m bergerak dalam satu orbit membulat pada kelajuan v dan jarak r dari pusat planet yang berjisim M. Satelit Planet r v Rajah 1 Ungkapan manakah yang mewakili jumlah tenaga satelit itu? KBAT Menganalisis A m v 2 r − GM r C m v 2 r + GM r B m v 2 2 − GM r D m v 2 2 + GM r Praktis SPM 3 Arahan: Jawab semua soalan. Kertas 1 Revisi Esensi Fizik Form 4 03-04.indd 70 30/03/2023 10:44 AM PENERBIT ILMU BAKTI SDN. BHD.
71 TINGKATAN 4 3 Kegravitian 9 Daya graviti bagi sebuah satelit di permukaan Bumi yang mempunyai jejari R ialah F. Berapakah daya graviti pada satelit itu apabila ketinggiannya ialah R di atas Bumi? KBAT Mengaplikasi A 1 2 F C 1 4 F B 1 3 F D 2F 10 Halaju lepas pada ketinggian 0.2R dari planet yang mempunyai jejari R ialah 10 km s–1. Berapakah halaju lepas dari permukaan planet itu? A 10 km s–1 B 11 km s–1 C 12 km s–1 D 13 km s–1 Bahagian A 1 Rajah 1 menunjukkan susunan radas untuk menentukan suatu daya. Benang tebal Tiub plastik Penutup getah Pemberat Klip buaya Rajah 1 (a) Apabila penutup getah itu membuat gerakan membulat, benang yang tegang mengenakan daya ke atas penutup getah. Lukis arah daya tersebut dalam Rajah 1. [1 markah] (b) Jika penutup getah dengan jisim 0.2 kg bergerak dengan laju linear 5 m s-1 dan daya yang bertindak pada penutup getah itu ialah 4 N, hitung jejari gerakan membulat itu. [2 markah] (c) Apakah yang berlaku kepada laju linear jika panjang benang dipendekkan? Beri sebab bagi jawapan anda. [2 markah] Bahagian B 2 (a) Nyatakan Hukum Kegravitian Semesta Newton. [1 markah] (b) Terangkan kesan graviti ke atas badan angkasawan yang melakukan penerbangan ke angkasa lepas. KBAT Mengaplikasi [4 markah] (c) (i) Hitung magnitud kekuatan medan graviti pada satu titik P yang berada pada ketinggian 1 000 km di atas jejari Bumi. Kertas 2 (ii) Hitung magnitud kekuatan medan graviti pada satu titik pada permukaan Bumi. [Diberi G = 6.67 × 10-11 N m2 kg-2, jisim Bumi = 5.97 × 1024 kg, jejari Bumi = 6.37 × 106 m] [5 markah] (d) Jadual 1 menunjukkan empat ciri satelit. Satelit Arah putaran satelit Tempoh orbit Kedudukan orbit satelit P Mengikut arah berlawanan dengan arah putaran Bumi 24 jam Mengorbit dari kutub ke kutub Q Mengikut arah sama dengan arah putaran Bumi 24 jam Mengorbit di atas garisan Khatulistiwa R Mengikut arah berlawanan dengan arah putaran Bumi 12 jam Mengorbit dari kutub ke kutub S Mengikut arah sama dengan arah putaran Bumi 12 jam Mengorbit di atas garisan Khatulistiwa Jadual 1 (i) Anda merupakan seorang jurutera yang ditugaskan untuk menentukan satelit yang boleh digunakan untuk telekomunikasi. Kaji setiap ciri satelit tersebut dan terangkan kesesuaian setiap ciri. Tentukan satelit yang paling sesuai untuk dijadikan satelit telekomunikasi. Beri sebab untuk pilihan anda. KBAT Menganalisis [8 markah] (ii) Nyatakan satu kegunaan satelit bukan geopegun. Beri satu contoh satelit yang dinyatakan. [2 markah] Revisi Esensi Fizik Form 4 03-04.indd 71 30/03/2023 10:44 AM PENERBIT ILMU BAKTI SDN. BHD.
313 Kertas Model SPM Arahan: Jawab semua soalan. Tiap-tiap soalan diikuti oleh sama ada tiga atau empat pilihan jawapan. Bagi setiap soalan, pilih satu jawapan sahaja. 1 Pernyataan manakah yang paling sesuai tentang kajian fizik? A Satu cabang kajian yang melibatkan objek fizikal B Kajian tentang jirim dan tenaga C Kajian ciptaan teknologi D Kajian daya dan gerakan 2 Kuantiti fizik manakah yang terdiri daripada kuantiti asas? A Suhu, daya, jisim B Halaju, daya, jarak C Masa, arus elektrik, panjang D Tenaga, arus elektrik, panjang 3 Antara yang berikut, yang manakah bukan tujuan memplot graf dalam suatu penyiasatan saintifik? A Menentukan hubungan antara dua pemboleh ubah B Memberikan pengukuran yang persis C Menentukan nilai-nilai luar julat D Mentafsirkan data 4 Minyak menitis pada kadar yang malar daripada sebuah kereta yang sedang bergerak. Rajah 1 menunjukkan corak titisan minyak itu di atas jalan raya. Arah gerakan Rajah 1 Pernyataan manakah yang menerangkan pergerakan kereta itu? A Kereta itu memecut dan kemudian menyahpecut B Kereta itu memecut dan kemudian bergerak dengan laju seragam C Kereta itu bergerak dengan laju seragam dan kemudian memecut D Kereta itu bergerak dengan laju seragam dan kemudian menyahpecut 5 Suatu daya dikenakan pada satu objek. Antara yang berikut, yang manakah tidak akan berlaku? A Objek semakin laju B Bentuk objek berubah C Jisim objek berkurang D Arah gerakan objek berubah 6 Troli P yang berjisim 6.5 kg bergerak ke kanan dengan halaju 20 m s–1. Troli itu berlanggar dengan troli Q yang berjisim 4.5 kg yang pada awalnya dalam keadaan rehat. Kedua-dua troli melekat selepas perlanggaran itu. Berapakah halaju troli-troli itu selepas perlanggaran? A 4.12 m s–1 C 6.14 m s–1 B 5.93 m s–1 D 11.82 m s–1 7 Sebiji bola boling yang berjisim 10 kg diletakkan di atas sebuah bangunan dengan ketinggian 300 m. Hitung daya tarikan graviti di antara bola boling dengan Bumi. [ Jisim Bumi = 5.97 × 1024 kg, r = 6.37 × 106 m, G = 6.67 × 10–11 N m2 kg–2] A 981.30 N C 79.00 N B 98.13 N D 10.80 N Kertas 1 [40 markah] Masa: 1 jam 15 minit Revisi Esensi Fizik Kertas Model SPM.indd 313 30/03/2023 12:58 PM PENERBIT ILMU BAKTI SDN. BHD.
314 8 Sebuah satelit mengorbit Bumi pada suatu altitud 600 km. Jika pecutan memusat satelit itu ialah 10.48 m s–2, berapakah laju linear satelit? [R = 6.37 × 106 m] A 6 688.01 m s–1 B 7 546.67 m s–1 C 7 688.01 m s–1 D 8 546.67 m s–1 9 Halaju minimum yang diperlukan oleh objek di permukaan Bumi untuk mengatasi daya graviti dan terlepas ke angkasa lepas Pernyataan di atas merujuk... A halaju lepas. B daya maksimum. C halaju minimum. D pecutan minimum. 10 Stim pada suhu 100 °C disalurkan kepada 9 kg air pada suhu 21 °C sehingga air itu mencapai takat didih. Hitung jisim stim yang diperlukan. [Haba pendam tentu pengewapan air = 2.26 × 106 J kg–1, muatan haba tentu air = 4.2 × 103 J kg–1 °C–1] A 0.38 kg B 0.66 kg C 0.76 kg D 1.32 kg 11 Rajah 2 menunjukkan suatu proses yang melibatkan kiub ais. Melebur Melebur Melebur Rajah 2 Apakah jenis tenaga haba yang diserap semasa proses itu? A Haba pendam pengewapan B Haba pendam pelakuran C Muatan haba pepejal D Muatan haba cecair 12 Rajah 3 menunjukkan graf suhu-masa bagi penyejukan bahan X. P Q 0 R S T U Suhu (°C) Masa (s) Rajah 3 Pada peringkat manakah haba pendam tentu pelakuran dibebaskan ke persekitaran? A PQ B QR C RS D ST 13 Rajah 4 menunjukkan gelombang air merambat melalui suatu celah yang kecil. Gelombang tuju Gelombang terbelau Rajah 4 Ciri gelombang terbelau manakah yang betul? A Panjang gelombang berkurang B Frekuensi bertambah C Amplitud berkurang D Kelajuan berkurang 14 Alat manakah yang digunakan untuk menunjukkan bahawa cahaya ialah suatu gelombang melintang? A Bongkah polaroid B Parutan belauan C Prisma kaca D Dwicelah Revisi Esensi Fizik Kertas Model SPM.indd 314 30/03/2023 12:58 PM PENERBIT ILMU BAKTI SDN. BHD.
315 15 Rajah 5 menunjukkan dua gelombang bergerak dalam arah yang bertentangan dan bertemu di titik J. J 2X 5X Rajah 5 Apakah amplitud paduan gelombang pada titik J? A 0 B 3X C 5X D 7X 16 Seekor kura-kura kelihatan pada kedalaman 3.0 m dari permukaan air di dalam sebuah akuarium. Berapakah kedalaman sebenar kura-kura itu? [Indeks biasan air = 1.33] A 5.00 m B 3.99 m C 2.92 m D 2.00 m 17 Rajah 6 menunjukkan satu objek diletakkan di hadapan sebuah cermin cekung di O. F ialah titik fokus dan C ialah pusat kelengkungan bagi cermin itu. C F O Cermin cekung Rajah 6 Apakah ciri-ciri imej yang terbentuk? A Nyata dan lebih besar daripada objek B Nyata dan lebih kecil daripada objek C Maya dan lebih besar daripada objek D Maya dan lebih kecil daripada objek 18 Pernyataan manakah yang benar tentang teleskop astronomi? A Panjang fokus kanta objek panjang fokus kanta mata B Kanta objek dan kanta mata ialah kanta cekung C Pelarasan normal jarak fokus kanta mata + jarak fokus kanta objek D Pelarasan normal jarak fokus kanta mata + jarak fokus kanta objek 19 Sebuah kereta yang sedang bergerak mempunyai tenaga kinetik. Apabila berhenti, tenaga kinetik kereta itu menjadi sifar. Apakah yang telah terjadi kepada tenaga kinetik kereta itu? A Berubah menjadi tenaga haba B Berubah menjadi tenaga keupayaan C Digunakan untuk memberhentikan kereta D Digunakan untuk menambahkan daya impuls 20 Rajah 7 menunjukkan kaedah menentukan paduan dua daya, OX dan OZ dengan menggunakan segi empat selari daya. O Z X Y Rajah 7 Antara yang berikut, yang manakah mewakili daya paduan? A OX B OY C OZ D XY Revisi Esensi Fizik Kertas Model SPM.indd 315 30/03/2023 12:58 PM PENERBIT ILMU BAKTI SDN. BHD.
316 21 Rajah 8 menunjukkan tiga susunan spring, J, K dan L. Semua spring yang digunakan adalah serupa. 2 kg 2 kg 2 kg J K L Rajah 8 Perbandingan bagi pemanjangan spring dalam J, K dan L manakah yang betul? A J K L B J L K C L J K D L K J 22 Rajah 9 menunjukkan dua titik, W dan X dalam air dan dua titik, Y dan Z dalam merkuri. 20 cm W X Z Y Air Merkuri W Rajah 9 Perbandingan manakah yang betul tentang tekanan cecair, P ? A PX PW PZ PY B PX PZ PW PY C PZ PX, PW = PY D PX = PZ, PW = PY 23 Rajah 10 menunjukkan sebuah kanopi terangkat ke atas akibat angin kencang. Rajah 10 Pernyataan manakah yang betul? A Laju udara lebih rendah di atas kanopi B Lebih banyak udara terperangkap di bawah kanopi C Tekanan di atas kanopi lebih rendah daripada di bawah kanopi D Daya apungan bertambah kerana udara bergerak lebih laju di atas kanopi 24 Pada suhu 37 °C, sebiji belon yang digunakan dalam ramalan kaji cuaca mempunyai tekanan 200 kPa. Apabila belon itu mencapai altitud tertentu, tekanan berkurang menjadi 120 kPa. Berapakah suhu pada altitud itu? A –87.0 °C C 60.3 °C B 30.5 °C D 87.0 °C 25 Berapakah tekanan yang dapat ditahan oleh sebuah kapal selam jika ia berada pada kedalaman 0.5 kilometer? [Ketumpatan air laut = 1 029 kg m–3] A 5.14 × 108 Pa B 3.00 × 107 Pa C 5.05 × 106 Pa D 4.70 × 106 Pa 26 Apakah daya gerak elektrik bagi suatu sel kering? A Arus yang dijanakan oleh sel kering B Tenaga yang dijanakan oleh sel kering C Voltan yang dijanakan oleh sel kering D Tenaga per unit cas yang dibekalkan oleh sel kering 27 Rajah 11 menunjukkan sebuah litar elektrik. 24 V A 2 Ω 2 Ω Rajah 11 Berapakah bacaan ammeter itu? A 4.0 A C 9.0 A B 5.5 A D 12.0 A Revisi Esensi Fizik Kertas Model SPM.indd 316 30/03/2023 12:58 PM PENERBIT ILMU BAKTI SDN. BHD.
317 28 Rajah 12 menunjukkan satu litar elektrik terdiri daripada sel kering, voltmeter dan perintang, R. Sel kering itu mempunyai rintangan dalam, r. V R ε r Sel kering Rajah 12 Apakah yang akan berlaku pada bacaan voltmeter dan rintangan dalam apabila rintangan R bertambah? Bacaan voltmeter, V Rintangan dalam, r A Bertambah Bertambah B Bertambah Tidak berubah C Tidak berubah Bertambah D Tidak berubah Tidak berubah 29 Sebuah cerek elektrik dilabelkan 240 V, 2 200 W. Berapakah tenaga haba yang terhasil dalam cerek itu dalam masa dua minit? A 4.4 kJ C 528 kJ B 264 kJ D 1 056 kJ 30 Rajah 13 menunjukkan dua teras besi dililitkan dengan dawai kuprum dalam satu litar. Teras besi Rajah 13 Apakah yang akan berlaku apabila suis ditutup? A Teras-teras besi dipanaskan B Teras-teras besi menolak antara satu sama lain C Teras-teras besi menarik antara satu sama lain D Kekuatan medan magnet teras-teras besi adalah sama 31 Rajah 14 menunjukkan gegelung primer sebuah transformer disambungkan pada bekalan arus ulang-alik 240 V. Voltan output 12 V dihasilkan. 240 V Mentol 12 V, 24 W Rajah 14 Berapakah nisbah bilangan lilitan gegelung sekunder, NS kepada bilangan lilitan gegelung primer, NP? A 40 : 2 C 1 : 20 B 4 : 24 D 2 : 40 32 Zarah manakah yang terbebas daripada permukaan logam apabila dipanaskan pada suhu tinggi? A Proton C Nukleon B Neutron D Elektron 33 Apabila bendasing didopkan ke dalam satu semikonduktor, semikonduktor jenis-n dihasilkan. Unsur manakah yang boleh digunakan sebagai bendasing? A Aluminium C Indium B Fosforus D Boron 34 Rajah 15 menunjukkan empat diod yang disambungkan untuk membentuk satu rektifier tetimbang. Ke OSK Rajah 15 Revisi Esensi Fizik Kertas Model SPM.indd 317 30/03/2023 12:58 PM PENERBIT ILMU BAKTI SDN. BHD.
318 Corak gelombang manakah yang dihasilkan pada skrin osiloskop sinar katod (OSK)? A B C D 35 Rajah 16 menunjukkan notasi nuklida satu unsur radioaktif aktinium-227. Ac 227 89 Rajah 16 Berapakah bilangan neutron dalam unsur itu? A 89 C 227 B 138 D 316 36 Semasa pembelahan nukleus, jumlah tenaga yang dibebaskan ialah 1.650 × 10–3 J. Berapakah cacat jisim dalam tindak balas nuklear itu? [Laju cahaya, c = 3.0 × 108 m s–1] A 5.500 × 10–12 kg B 9.075 × 10–15 kg C 1.833 × 10–20 kg D 3.025 × 10–23 kg 37 Persamaan yang berikut menunjukkan satu pelakuran nukleus. Cacat jisim daripada tindak balas itu ialah 0.060112 u.j.a. 2 1 H + 2 1 H → 3 2 He + 1 0 n + tenaga Hitung tenaga yang dibebaskan dalam tindak balas itu. [1 u.j.a. = 1.66 × 10–27 kg, c = 3.0 × 108 m s–1] A 1.11 × 10–45 J B 9.98 × 10–29 J C 2.99 × 10–20 J D 8.98 × 10–12 J 38 Suatu jasad unggul yang berupaya menyerap semua sinaran elektromagnet yang jatuh padanya Pernyataan di atas merujuk... A jasad putih. B jasad hitam. C jasad unggul. D jasad tunggal. 39 Hitung tenaga bagi satu foton cahaya 500 nm. [Pemalar Planck, h = 6.63 × 10–34 J s, laju cahaya dalam vakum, c = 3.0 × 108 m s–1] A 3.98 × 10–18 J B 2.65 × 10–19 J C 3.98 × 10–19 J D 4.08 × 10–19 J 40 Cari panjang gelombang bagi cahaya monokromatik yang perlu disinarkan pada logam yang mempunyai fungsi kerja 2.00 eV untuk menghasilkan halaju maksimum fotoelektron sebanyak 3.02 × 105 m s–1. [hc = 1.243 × 103 eV nm, 1 eV = 1.60 × 10–19 J, jisim elektron, m = 9.11 × 10–31 kg] A 550 nm B 500 nm C 250 nm D 107 nm Revisi Esensi Fizik Kertas Model SPM.indd 318 30/03/2023 12:58 PM PENERBIT ILMU BAKTI SDN. BHD.
319 Masa: 2 jam 30 minit Bahagian A [60 markah] Jawab semua soalan dalam bahagian ini. 1 Rajah 1 menunjukkan kegunaan transistor dalam satu litar. R2 VB 2 500 Ω l B l c l E Mentol 9 V Rajah 1 (a) Namakan jenis transistor yang digunakan. [1 markah] (b) Transistor dihidupkan apabila voltan tapak, VB 2 V. Hitung nilai minimum R2 apabila transistor itu dihidupkan. [2 markah] (c) Selain digunakan sebagai suis automatik, nyatakan satu kegunaan lain bagi transistor. [1 markah] 2 Razman sedang berlatih memanjat tali. Rajah 2 menunjukkan dia berhenti seketika apabila sampai di ketinggian yang tertentu. Razman mempunyai jisim 75 kg. Rajah 2 Kertas 2 Revisi Esensi Fizik Kertas Model SPM.indd 319 30/03/2023 12:58 PM PENERBIT ILMU BAKTI SDN. BHD.
320 (a) Pada Rajah 2, tanda dan label arah daya-daya yang bertindak pada Razman. [2 markah] (b) Hitung berat Razman apabila dia (i) pegun, [1 markah] (ii) bergerak ke bawah dengan pecutan 2.0 m s–2. [2 markah] 3 Seorang murid cuba membuat sebuah alat yang membolehkannya melihat objek di belakang. Dia memotong sebuah kotak segi empat sama menjadi separuh menyerong dan melekatkan dua cermin satah di bahagian dalam kotak itu. Rajah 3.1 menunjukkan pandangan sisi alat itu. Cermin Kotak dipotong separuh Cermin Rajah 3.1 (a) Namakan fenomena yang terlibat dalam pembentukan imej oleh alat itu. [1 markah] (b) Nyatakan satu ciri imej yang dihasilkan oleh cermin satah. [1 markah] (c) Rajah 3.2 menunjukkan sinar cahaya selari dari dua titik berlainan bagi suatu objek yang berada jauh di belakang murid itu. 90° 45° Sinar cahaya dari objek Rajah 3.2 Revisi Esensi Fizik Kertas Model SPM.indd 320 30/03/2023 12:58 PM PENERBIT ILMU BAKTI SDN. BHD.
321 (i) Lengkapkan gambar rajah sinar dalam Rajah 3.2 untuk menunjukkan bagaimana imej terbentuk. [3 markah] (ii) Berdasarkan jawapan di 3(c)(i), apakah yang boleh dikatakan tentang imej yang terbentuk itu? [1 markah] 4 Rajah 4.1 menunjukkan sejumlah kecil bendasing dimasukkan ke dalam sebuah kristal semikonduktor tulen. Si Si Si Si In Si Si Si Si Rajah 4.1 (a) Apakah semikonduktor? [1 markah] (b) (i) Lukis susunan diod semikonduktor dan sel kering pada ruang yang disediakan dalam Rajah 4.2 yang akan menyalakan mentol dalam litar itu. Rajah 4.2 [2 markah] (ii) Nyatakan fungsi diod semikonduktor. [1 markah] (iii) Apakah jenis sambungan diod kepada terminal sel kering itu? [1 markah] Revisi Esensi Fizik Kertas Model SPM.indd 321 30/03/2023 12:58 PM PENERBIT ILMU BAKTI SDN. BHD.
322 (iv) Terangkan apa yang berlaku pada diod apabila disambungkan dalam litar itu yang membolehkan mentol menyala. KBAT Menganalisis [4 markah] 5 Rajah 5.1 menunjukkan satu sinar cahaya merambat dari udara ke dalam sebuah bongkah kaca. Rajah 5.2 menunjukkan satu sinar cahaya merambat dari udara ke dalam berlian. Udara 60° 36° Kaca r r Udara 60° 21° Berlian Rajah 5.1 Rajah 5.2 Diberi laju cahaya di dalam bongkah kaca ialah 2.0 × 108 m s–1 dan laju cahaya di dalam berlian ialah 1.25 × 108 m s–1. (a) Namakan fenomena cahaya yang berlaku dalam Rajah 5.1 dan Rajah 5.2. [1 markah] (b) Berdasarkan Rajah 5.1 dan Rajah 5.2, bandingkan (i) laju cahaya, v di dalam bongkah kaca dengan berlian, [1 markah] (ii) sudut r, [1 markah] (iii) indeks biasan, n bagi bongkah kaca dengan berlian. [1 markah] (c) Berdasarkan jawapan di 5(b): (i) Nyatakan hubungan antara laju cahaya, v dalam suatu medium dengan sudut r. [1 markah] Revisi Esensi Fizik Kertas Model SPM.indd 322 30/03/2023 12:58 PM PENERBIT ILMU BAKTI SDN. BHD.
323 (ii) Nyatakan hubungan antara indeks biasan, n dengan laju cahaya, v dalam suatu medium. [1 markah] (d) Rajah 5.3 menunjukkan sebuah kanta cembung digunakan untuk menghasilkan api. Kanta cembung itu dihalakan ke arah cahaya matahari yang terik. Secebis kertas diletakkan di bawah kanta cembung itu. Kertas Rajah 5.3 Terangkan bagaimana kertas itu boleh terbakar. KBAT Menganalisis [3 markah] 6 Rajah 6.1 dan Rajah 6.2 menunjukkan dua perintang serupa disambungkan secara bersiri dan selari. Bacaan ammeter menunjukkan magnitud arus yang mengalir dalam litar-litar itu. 10 Ω 10 Ω Ammeter Ammeter 10 Ω 10 Ω Rajah 6.1 Rajah 6.2 (a) Apakah yang dimaksudkan dengan arus? [1 markah] (b) Bandingkan magnitud arus dalam litar dalam Rajah 6.1 dengan Rajah 6.2. [1 markah] Revisi Esensi Fizik Kertas Model SPM.indd 323 30/03/2023 12:58 PM PENERBIT ILMU BAKTI SDN. BHD.
324 (c) Hitung rintangan berkesan dalam (i) Rajah 6.1, [1 markah] (ii) Rajah 6.2. [1 markah] (d) Berdasarkan jawapan di 6(b) dan 6(c): (i) Hubung kaitkan magnitud arus dengan rintangan berkesan. [1 markah] (ii) Deduksikan satu konsep fizik yang terlibat. [1 markah] (e) Satu litar lain dibina menggunakan perintang yang serupa seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 6.3. 10 Ω 10 Ω 10 Ω 10 Ω A ε = 3.0 V 10 Ω Rajah 6.3 (i) Hitung rintangan berkesan dalam litar. [1 markah] (ii) Berapakah bacaan ammeter? [2 markah] Revisi Esensi Fizik Kertas Model SPM.indd 324 30/03/2023 12:58 PM PENERBIT ILMU BAKTI SDN. BHD.
325 7 Rajah 7 menunjukkan satu beban berjisim 2 kg digantung pada spring M. Spring M Beban 2 kg Rajah 7 (a) Nyatakan hukum Hooke. [1 markah] (b) Hitung pemalar spring bagi spring M jika pemanjangan spring ialah 6 cm. [2 markah] (c) Spring M terputus apabila digantungkan dengan beban 5 kg. Cadangkan satu pengubahsuaian yang boleh dilakukan berdasarkan aspek-aspek yang berikut supaya spring dapat menampung beban yang lebih berat. Beri sebab anda. (i) Kekerasan spring Sebab [2 markah] (ii) Ketebalan dawai Sebab [2 markah] (iii) Jenis bahan Sebab [2 markah] Revisi Esensi Fizik Kertas Model SPM.indd 325 30/03/2023 12:58 PM PENERBIT ILMU BAKTI SDN. BHD.
326 8 Isotop radioaktif yang bertindak sebagai penyurih digunakan dalam perubatan untuk mengkaji proses pencernaan dan cara bahan kimia bergerak di dalam badan. Jadual 1 menunjukkan empat radioisotop dengan sifat masing-masing. Radioisotop Separuh hayat Jenis sinaran Keadaan fizikal P 2.8 hari Beta Cecair Q 6.4 jam Gama Cecair R 1.7 tahun Gama Pepejal S 3.1 minit Alfa Pepejal Jadual 1 (a) Apakah yang dimaksudkan dengan radioisotop? [1 markah] (b) Berdasarkan Jadual 1, nyatakan sifat-sifat radioisotop yang sesuai untuk bertindak sebagai penyurih di dalam badan. Beri sebab bagi setiap sifat yang dipilih. (i) Separuh hayat Sebab [2 markah] (ii) Jenis sinaran Sebab [2 markah] (iii) Keadaan fizikal Sebab [2 markah] (c) Tentukan radioisotop yang paling sesuai untuk bertindak sebagai penyurih di dalam badan. [1 markah] (d) Beri satu sebab mengapa iodin-131 menjalani proses reputan. [1 markah] Revisi Esensi Fizik Kertas Model SPM.indd 326 30/03/2023 12:58 PM PENERBIT ILMU BAKTI SDN. BHD.
327 Bahagian B [20 markah] Jawab mana-mana satu soalan daripada bahagian ini. 9 Rajah 9 menunjukkan menara tangki air di rumah Ahmad. 3 m 7 m Rumah Ahmad Rumah Ali Pili Pili 1 m Rajah 9 (a) Nyatakan konsep fizik yang terlibat. [1 markah] (b) Terangkan sebab Ahmad memilih untuk membina menara tangki air berbanding dengan meletakkan tangki itu di atas bumbung rumah. KBAT Mengaplikasi [4 markah] (c) Ali juga ingin membina sebuah menara tangki air tetapi dia mempunyai kawasan sekitar rumah yang terhad. Dia mengambil keputusan untuk meletakkan tangki air itu di atas bumbung rumahnya. Anda dikehendaki membantu Ali untuk mengkaji ciri-ciri tangki air seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 2. Tangki air Jenis tangki air Saiz tangki air Ketumpatan tangki air Jarak di antara tangki air dengan pili J Keluli tahan karat Besar Rendah 2 m K Keluli tahan karat Kecil Tinggi 2 m L Plastik Besar Rendah 4 m M Plastik Kecil Tinggi 4 m Jadual 2 Terangkan kesesuaian setiap ciri tangki air untuk dipasang di atas bumbung rumah Ali. Tentukan tangki air yang paling sesuai dan beri sebab bagi pilihan anda. KBAT Menganalisis [10 markah] Revisi Esensi Fizik Kertas Model SPM.indd 327 30/03/2023 12:58 PM PENERBIT ILMU BAKTI SDN. BHD.
328 (d) (i) Berdasarkan Rajah 9, hitung beza ketinggian di antara tangki air Ali dengan pili dan menara tangki air Ahmad dengan pili. [1 markah] (ii) Hitung perbezaan tekanan air di dalam menara tangki air Ahmad dengan tangki air Ali. [Ketumpatan air = 1 000 kg m–3] [2 markah] (iii) Selepas tangki air siap dipasang di bumbung rumah Ali, adakah tangki air itu memberikan tekanan yang sama seperti tangki air Ahmad? Beri sebab anda. [2 markah] 10 (a) Dalam satu ujian kemalangan kereta, sebuah kereta berjisim 1 500 kg dengan laju 100 km j–1 berlanggar dengan dinding seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 10.1. Laju kereta 100 km j–1 Zon remuk Rajah 10.1 (i) Apakah maksud daya impuls? [1 markah] (ii) Terangkan bagaimana zon mudah remuk mengurangkan kesan hentaman. KBAT Mengaplikasi [2 markah] (iii) Jika kereta dalam Rajah 10.1 berhenti dalam masa 15 s, hitung daya impuls yang bertindak pada kereta. [3 markah] (b) Rajah 10.2 menunjukkan satu poster cabaran papan selaju yang akan diadakan di Teluk Cempedak. 27 OKT CABARAN PAPAN SELAJU Rajah 10.2 Revisi Esensi Fizik Kertas Model SPM.indd 328 30/03/2023 12:58 PM PENERBIT ILMU BAKTI SDN. BHD.
329 Jadual 3 menunjukkan ciri-ciri bagi empat jenis papan selaju yang berbeza. Jenis papan selaju Jisim papan selaju Jenis bahan papan selaju Lebar roda Pakaian peserta I Ringan Kayu 4 cm Longgar J Ringan Plastik 3 cm Ketat K Berat Besi 5 cm Ketat L Ringan Titanium 4 cm Ketat Jadual 3 Kaji ciri-ciri keempat-empat jenis papan selaju. Terangkan kesesuaian setiap ciri untuk kesemua jenis papan selaju dan tentukan papan selaju yang paling sesuai supaya seorang peserta dapat mengawal papan selajunya pada kelajuan yang lebih tinggi dengan selamat. Beri sebab-sebab bagi pilihan anda. KBAT Menganalisis [10 markah] (c) Rajah 10.3 menunjukkan seorang pemain golf menghayunkan kayu golf dengan penuh daya apabila hendak memukul bola. Aksi ini dinamakan ikut lajak. Rajah 10.3 Dengan mengaplikasikan satu konsep fizik, terangkan bagaimana ikut lajak boleh meningkatkan impuls yang bertindak pada bola itu. [4 markah] Bahagian C [20 markah] Jawab soalan dalam bahagian ini. 11 Rajah 11.1 dan Rajah 11.2 menunjukkan dua litar elektronik asas yang digunakan sebagai suis automatik. Rajah 11.1 Rajah 11.2 1 kΩ R 10 Ω LED 6 V, 6 W B C E 6 V Perintang peka cahaya RB R Diod Geganti Termistor Penggera B 6 V C E Revisi Esensi Fizik Kertas Model SPM.indd 329 30/03/2023 12:58 PM PENERBIT ILMU BAKTI SDN. BHD.
330 (a) Apakah yang dimaksudkan dengan pembahagi voltan? [1 markah] (b) Menggunakan Rajah 11.1 dan Rajah 11.2, bandingkan kedudukan perintang peka cahaya (LDR) dengan termistor, nilai rintangan dan nilai beza keupayaan pada litar tapak dalam keadaan gelap. Nyatakan hubungan antara rintangan dengan beza keupayaan pada litar tapak dan hubung kait beza keupayaan dengan prinsip kerja transistor. [5 markah] (c) Diod dan kapasitor digunakan dalam proses rektifikasi. Dengan bantuan gambar rajah, terangkan bagaimana arus ulang-alik boleh ditukarkan kepada arus terus. KBAT Mengaplikasi [4 markah] (d) Rajah 11.3 menunjukkan sebuah litar elektronik. Sebagai seorang pengatur cara, anda dikehendaki untuk membina satu sistem penggera keselamatan untuk mesin teler automatik (ATM) sebuah bank. Sistem penggera ini akan berbunyi dan menyalakan diod pemancar cahaya (LED) sebagai isyarat kecemasan apabila berlakunya kecurian. LED S R Rajah 11.3 Anda dikehendaki mengubah suai litar dalam Rajah 11.3. Nyata dan terangkan pengubahsuaian berdasarkan aspek-aspek seperti komponen elektronik yang diperlukan untuk menggantikan LDR, dua komponen tambahan untuk sistem penggera keselamatan berbunyi, kedudukan komponen dalam litar dan dua pengubahsuaian untuk meningkatkan kecekapan komponen itu. KBAT Menganalisis [10 markah] Revisi Esensi Fizik Kertas Model SPM.indd 330 30/03/2023 12:58 PM PENERBIT ILMU BAKTI SDN. BHD.
331 JAWAPAN tingkatan 4 Bab 1 Pengukuran Semak Cepat 1.1 1 Tenaga – J, Daya – N 2 Kuantiti skala Kuantiti vektor Jarak Jisim Masa Luas Halaju Berat Daya 3 Kuantiti asas Kuantiti terbitan Masa Jisim Daya geseran Halaju Semak Cepat 1.2 1 (a) Inferens ialah kesimpulan awal tentang pemerhatian. (b) Hipotesis ialah suatu penyataan untuk menyatakan hubungan antara dua pemboleh ubah yang boleh diukur dalam suatu penyiasatan di dalam makmal. (c) Pemboleh ubah ialah kuantiti yang mempunyai nilai yang boleh berbeza-beza. 2 (a) Pemanjangan spring bergantung pada jisim objek. (b) Semakin bertambah jisim beban, semakin bertambah pemanjangan spring. (c) Pemboleh ubah dimanipulasikan: Jisim beban Pemboleh ubah bergerak balas: Pemanjangan spring Pemboleh ubah dimalarkan: Pemalar spring 3 Pemboleh ubah dimanipulasikan – Faktor yang diubah-ubah dalam suatu eksperimen. Pemboleh ubah bergerak balas – Faktor yang bergantung pada pemboleh ubah dimanipulasikan. Pemboleh ubah dimalarkan – Faktor yang dikekalkan sama sepanjang eksperimen. 4 (a) y tidak bergantung dengan x (b) y berkadar songsang dengan x (c) y bertambah secara linear dengan x (d) y berkurang secara linear dengan x Praktis SPM 1 Kertas 1 1 D 2 D 3 B 4 B 5 C 6 B 7 B 8 A 9 D 10 C Kertas 2 Bahagian A 1 (a) skalar (b) T = 24 20 T = 1.2 s (c) Berkurang 2 (a) Kuantiti fizik yang tidak boleh diterbitkan daripada kuantiti fizik yang lain. (b) (i) Kuantiti asas Kuantiti terbitan Jisim Suhu Isi padu Tenaga (ii) m3 Bab 2 Daya dan Gerakan I Semak Cepat 2.1 1 (a) Jarak pada arah tertentu (b) Kadar perubahan sesaran (c) Kadar perubahan halaju 2 (a) u = 4 m s–1, v = 9 m s–1, s = 4.0 m, a = ? v2 = u2 + 2as 92 = 42 + 2(a)(4) a = 8.125 m s-2 (b) u = 4 m s–1, v = 9 m s–1, s = 4.0 m s = 1 2 (u + v)t 4 = 1 2 (4 + 9)t t = 0.62 s 3 (a) a = 3.0 m s–2, u = 0, t = 10 s, v = ? v = u + at v = 0 + 1 2 (3)(10) v = 15 m s–1 (b) t = 5 s, s = ? s = ut + 1 2 at2 s = (0)(5) + 1 2 (3)(5)2 s = 37.5 m 4 Laju, v = (10 + 8 + 12) 20 = 1.5 m s–1 Halaju, v = (10 – 8 + 12) 20 = 0.7 m s–1 5 u = 20 m s–1, v = 10 m s–1, s = 30 m, a = ? v2 = u2 + 2as 102 = 202 + 2(a)(30) a = –5 m s-2 Semak Cepat 2.2 1 (a) sesaran (b) pecutan 2 (a) AB – Halaju seragam, BC – Dalam keadaan rehat, CD – Halaju seragam pada arah bertentangan (b) v = kecerunan AB = 40 – 0 10 – 0 = 4 m s–1 (c) 0 m (d) 40 m + 40 m = 80 m 3 (a) OP – Pecutan seragam PQ – Nyahpecutan seragam RS – Pecutan seragam (b) a = kecerunan OP = 8 – 0 2 – 0 = 4 m s–2 a = kecerunan PQ = 8 – 0 2 – 4 = –4 m s–2 Revisi Esensi Fizik jawapan.indd 331 30/03/2023 3:44 PM PENERBIT ILMU BAKTI SDN. BHD.
332 (c) s = luas di bawah graf s = 1 2 (4)(8) + 1 2 (–4)(3) = 10 m (d) v = s t = 10 7 = 1.43 m s–1 Semak Cepat 2.3 1 Gerakan suatu objek yang hanya dipengaruhi oleh daya graviti. 2 (a) v2 = u2 + 2gs v2 = 02 + 2(–9.81)(100) v = 44.3 m s–1 (b) s = ut + 1 2 gt2 100 = (0)t + 1 2 (–9.81)t 2 t = 4.52 s 3 (a) v = u + gt 0 = 5 + (–9.81)t t = 0.51 s (b) s = 1 2 (u + v)t s = 1 2 (5 + 0)(0.51) s = 1.28 m Semak Cepat 2.4 1 Inersia ialah kecenderungan sesuatu objek untuk menentang perubahan gerakannya. 2 Jisim objek 3 (a) Q. Beban itu mempunyai inersia dalam keadaan pegun. (b) P. Tegangan di P adalah lebih besar daripada di Q. Semak Cepat 2.5 1 Sebelum, p = mv p = (0.8)(10) p = 8 kg m s–1 Selepas, p = mv p = (0.8)(–6) p = –4.8 kg m s–1 2 m1 v1 = –m2 v2 (5)(40) = –(600)v2 v2 = –0.33 m s–1 ∴ Halaju sentakan bagi meriam itu ialah 0.33 m s–1. 3 (a) Perlanggaran tak kenyal (b) m1 u1 + m2 u2 = (m1 + m2 )v (50)(6) + (20)(2) = (50 + 20)v v = 4.86 m s–1 (c) Tiada daya luar yang bertindak ke atas sistem. Semak Cepat 2.6 1 Kadar perubahan momentum adalah berkadar terus dengan daya dan bertindak mengikut arah daya yang dikenakan. 2 (a) F = ma 150 = (50)a a = 3 m s–2 (b) a = (v – u) t = (6 – 0) 4 = 1.5 m s–2 F = ma = (50)(1.5) = 75 N 3 (a) 80 N (b) F = ma 80 – 10 = (90)a a = 0.78 m s–2 Semak Cepat 2.7 1 Berkadar songsang 2 Untuk menambahkan masa impak supaya daya impuls dikurangkan untuk mengelak daripada kecederaan. 3 Untuk menambahkan masa impak supaya daya impuls dikurangkan untuk mengelak daripada kecederaan. 4 (a) J = mv – mu J = (0.45)(–6) – (0.45)(4) J = –4.5 N s (b) F = mv – mu t = 4.5 0.05 = 90 N Semak Cepat 2.8 1 1. Jisim ialah jumlah jirim tetapi berat ialah daya graviti. 2. Jisim adalah malar di mana-mana lokasi/tempat tetapi berat adalah berbeza dengan kekuatan medan graviti. 2 W = mg 90 = 7g g = 12.86 N kg–1 3 (a) W = mg W = (80)(9.81) W = 784.8 N (b) W = mg W = (80)( 1 6 )(9.81) W = 130.8 N (c) W = mg W = (80)(0) = 0 N Praktis SPM 2 Kertas 1 1 A 2 C 3 C 4 C 5 D 6 D 7 A 8 C 9 D 10 B Kertas 2 Bahagian A 1 (a) Daya graviti/ Daya impuls (b) (i) F = m(v – u) t = 60(0 – 5) 0.3 = 1 000 N (ii) F = 60(0 – 5) 0.2 = 1 500 N (iii) Masa impak berkadar songsang dengan daya impuls. (c) (i) Bahan untuk tapak: Getah Sebab: Mengurangkan daya impuls (ii) Ketinggian gelongsor: 1.0 m, rendah Sebab: Mengurangkan halaju/momentum semasa menggelongsor (d) X Bahagian C 2 (a) – Kuantiti asas/Kuantiti skalar (b) – Bilangan detik pada kedua-dua rajah adalah sama. – Panjang pita detik pada Rajah 2.2 Rajah 2.1 – Laju purata pada Rajah 2.2 Rajah 2.1 – Semakin bertambah panjang pita detik, semakin bertambah laju purata. – Apabila jarak di antara titik-titik berturutan adalah sama, objek bergerak dengan laju seragam. (c) Pada permulaan gerakan, jarak di antara titisan minyak berturutan adalah seragam. Kereta itu bergerak dengan laju seragam. Pada akhir gerakan, jarak di antara titisan minyak berturutan semakin berkurang. Kereta itu bergerak dengan nyahpecutan/laju/halaju berkurang. Kereta semakin perlahan. Revisi Esensi Fizik jawapan.indd 332 30/03/2023 3:45 PM PENERBIT ILMU BAKTI SDN. BHD.
333 (b) Pengubahsuaian Penerangan Jisim anak panah lebih kecil Menghasilkan pecutan yang lebih besar Bentuk anak panah adalah aerodinamik Mengurangkan rintangan udara Kekenyalan tali busur yang lebih tinggi Menghasilkan daya yang lebih besar Kekuatan busur yang lebih tinggi Tidak mudah patah Mengacukan ke atas sedikit daripada kedudukan sasaran Terdapat daya tarikan graviti ke bawah Bab 3 Kegravitian Semak Cepat 3.1 1 Ketiga 2 (a) Berkadar terus (b) Berkadar songsang dengan kuasa dua jarak di antara kedua-duanya 3 F = Gm1m2 r 2 F = (6.67 × 10–11)(5.97 × 1024)(50) (6.37 × 106 ) 2 F = 490.67 N 4 g = GM r 2 dengan M = jisim Bumi r = jarak objek dari pusat Bumi 5 M = 4π2 r 3 GT 2 M = 4π2 (5.79 × 1010) 3 (6.67 × 10–11) (7.57 × 106 ) 2 M = 2.00 × 1030 kg Semak Cepat 3.2 1 Kuasa dua bagi tempoh orbit suatu planet mengelilingi Matahari adalah berkadar terus dengan kuasa tiga jejari orbit. 2 T 2 r 3 = 4π2 GM M = 4π2 r 3 GT 2 M = 4π2 (1.5 × 1011) 3 (6.67 × 10–11)(3.15 × 107 ) 2 M = 2.01 × 1030 kg 3 TP 2 rP 3 = TQ 2 rQ 3 rP 3 rQ 3 = TP 2 TQ 2 rP rQ = TP TQ 2 3 = T 1 2 T 2 3 = 1.59 Semak Cepat 3.3 1 1. Arah gerakan adalah sama dengan arah putaran Bumi pada paksinya 2. Tempoh orbit ialah 24 jam 3. Jangka hayat purata ialah 8 tahun 2 (a) v = GM r v = (6.67 × 10–11)(5.97 × 1024) 1.5 × 10 9 v = 515.2 m s–1 (b) ve = 2GM r ve = 2(6.67 × 10–11)(5.97 × 1024) 1.5 × 10 9 ve = 728.65 m s–1 Praktis SPM 3 Kertas 1 1 C 2 B 3 B 4 D 5 A 6 D 7 C 8 B 9 C 10 B Kertas 2 Bahagian A 1 (a) Ke arah pusat bulatan Benang tebal Tiub plastik Penutup getah Pemberat Klip buaya F (b) r = mv2 F = 0.2 × 52 4 = 1.25 m (c) Berkurang Jejari gerakan membulat berkadar terus dengan v2 . Bahagian B 2 (a) Daya graviti, F, di antara dua jasad berkadar terus dengan hasil darab jisim-jisim jasad dan berkadar songsang dengan kuasa dua jarak di antara pusat dua jasad tersebut. (b) 1. Otot menjadi lemah dan tulang menjadi rapuh 2. Menyebabkan kesakitan otot apabila pulang ke Bumi 3. Bendalir badan mengalir dari kaki ke kepala 4. Menyebabkan muka bengkak dan kaki kurus (c) (i) g = GM r 2 g = (6.67 × 10–11)(5.97 × 1024) (1.0 × 106 + 6.37 × 106 ) 2 g = 7.33 m s–1 (ii) g = GM r 2 g = (6.67 × 10–11)(5.97 × 1024) (6.37 × 106 ) 2 g = 9.81 m s–1 (b) (i) Ciri Sebab Arah putaran satelit mengikut arah yang sama dengan arah putaran Bumi Satelit sentiasa berada pada kedudukan yang sama bagi pemerhati yang berada di permukaan Bumi Tempoh orbit ialah 24 jam Sama dengan tempoh putaran Bumi Revisi Esensi Fizik jawapan.indd 333 30/03/2023 3:45 PM PENERBIT ILMU BAKTI SDN. BHD.
334 Ciri Sebab Satelit mengorbit di atas Khatulistiwa Kedudukan ini membolehkan pemantauan berterusan kawasan tertentu, manakala medan pandangan pada kedudukan ini meliputi kirakira satu pertiga daripada permukaan Bumi. Satelit Q dipilih kerana arah putaran satelit mengikut arah yang sama dengan arah putaran Bumi, tempoh orbit 24 jam dan mengorbit di atas Khatulistiwa. (ii) Digunakan untuk penderiaan jauh Contoh, RazakSAT, Tiung SAT, Pipit, ISS Bab 4 Haba Semak Cepat 4.1 1 Tiada pengaliran bersih haba di antara dua objek yang bersentuhan. 2 Letakkan termometer di bawah lidah pesakit. Haba akan mengalir dari pesakit ke termometer. Apabila tiada pengaliran haba di antara kedua-duanya, keseimbangan terma dicapai. Suhu termometer adalah sama dengan suhu badan pesakit. 3 1. Konduktor haba yang baik 2. Takat didih yang tinggi 3. Mengembang dengan seragam apabila dipanaskan 4 θ = lθ – l0 l100 – l0 × 100 °C θ = 23 – 5 40 – 5 × 100 °C θ = 51.4 °C Semak Cepat 4.2 1 Kuantiti haba yang diperlukan untuk menaikkan suhu sebanyak 1 °C bagi 1 kg bahan. 2 Pt = mcΔθ (2 000)(10 × 60) = (4)(4.20 × 103 )(Δθ) Δθ = 71.43 °C 3 (a) m1 c 1 Δθ1 = m2 c 2 Δθ2 m1 Δθ1 = m2 Δθ2 (0.3)(θ – 40) = (0.9)(80 – θ) θ = 70 °C (b) Tiada haba yang hilang ke persekitaran. Semak Cepat 4.3 1 (a) 2.0 – 1.9 = 0.1 kg (b) Q = mlf Q = (0.1)(3.34 × 105 ) Q = 3.34 × 104 J 2 Apabila peluh tersejat, haba pendam pengewapan diserap dari badan kita. Badan kita kehilangan haba dan suhu menurun. 3 (a) menyerap; mencair, rendah (b) haba pendam pengewapan Semak Cepat 4.4 1 Hukum Boyle menyatakan bahawa isi padu gas berkadar songsang dengan tekanannya jika suhu gas dimalarkan. Hukum Charles menyatakan bahawa isi padu gas berkadar terus dengan suhu mutlak gas jika tekanan gas adalah dimalarkan. 2 P1 V1 = P2 V2 (50 + 10)(4) = (14 + 10)V2 V2 = 10 cm3 3 V 1 T 1 = V 2 T 2 4.5 (–3 + 273) = V 2 (27 + 273) V2 = 5 cm3 4 P 1 T 1 = P 2 T 2 220 (27 + 273) = P 2 (57 + 273) P2 = 242 kPa Praktis SPM 4 Kertas 1 1 D 2 D 3 B 4 B 5 B 6 C 7 D 8 C 9 C 10 C Kertas 2 Bahagian A 1 (a) (i) Haba pendam tentu pelakuran (ii) Haba pendam tentu pengewapan (b) Haba yang diserap digunakan untuk melemahkan ikatan antara molekul. Molekul dibebaskan daripada kedudukan tetap dan bergerak di antara satu sama lain. Tenaga kinetik molekul tidak bertambah. (c) H2 = mcθ H2 = 1 × 4 200 × 100 H2 = 420 000 J Suhu (o C) 0 Masa P Q 100 R S Bahagian C 2 (a) (i) Satu bentuk tenaga yang mengalir dari jasad panas ke jasad sejuk (ii) – Bacaan termometer dalam Rajah 2.2 lebih rendah daripada Rajah 2.1 – Isi padu air di dalam cawan plastik dalam Rajah 2.2 lebih besar daripada Rajah 2.1 – Masa pemanasan bagi kedua-dua rajah adalah sama – Jika isi padu air lebih besar, maka bacaan termometer lebih rendah. – Jika jisim air di dalam cawan plastik lebih besar, maka kenaikan suhu lebih kecil. (b) – Kedalaman kolam berkurang. – Tekanan air yang bertindak pada gelembung udara berkurang. – Isi padu gelembung udara bertambah. – Hal ini adalah kerana isi padu gas berkadar songsang dengan tekanannya. Revisi Esensi Fizik jawapan.indd 334 30/03/2023 3:45 PM PENERBIT ILMU BAKTI SDN. BHD.
335 (b) Pengubahsuaian Penerangan Saiz kipas yang lebih besar digunakan Dapat menyedut udara yang lebih banyak Bilangan bilah sirip yang lebih banyak Menambahkan luas permukaan supaya kehilangan haba berlaku lebih cepat Bilah sirip diperbuat daripada konduktor haba yang baik Dapat membebaskan haba dengan lebih cepat Muatan haba tentu cecair penyejuk yang lebih tinggi digunakan Dapat menyerap lebih banyak haba daripada enjin apabila mengalir melalui enjin Takat didih cecair penyejuk yang tinggi digunakan Tidak mudah mendidih apabila dipanaskan Bab 5 Gelombang Semak Cepat 5.1 1 (a) Gelombang dengan zarah-zarah medium berayun dalam arah berserenjang dengan arah perambatan gelombang. (b) Gelombang air 2 (a) Gelombang dengan zarah-zarah medium berayun dalam arah yang selari dengan arah perambatan gelombang. (b) Gelombang bunyi 3 (a) (i) T = t n = 22.6 10 = 2.26 s (ii) f = n t = 10 22.6 = 0.44 Hz (b) Bandul mengalami pelembapan akibat daripada geseran antara molekul-molekul dalam sistem dengan rintangan udara. 4 v = λf 0.5 = 0.20f f = 2.5 Hz Semak Cepat 5.2 1 (a) Berkurang (b) Tenaga hilang ke persekitaran akibat daripada geseran antara molekul-molekul dalam sistem dengan rintangan udara. 2 Ayunan suatu sistem dihasilkan oleh daya luar yang membekalkan tenaga kepada sistem. 3 sama; amplitud maksimum Semak Cepat 5.3 1 (a) Sama (b) Sama (c) Sama (d) Berubah 2 Sudut tuju = sudut pantulan 3 N (b) (c) (a) i r Semak Cepat 5.4 1 Suatu fenomena perubahan arah perambatan gelombang yang disebabkan oleh perubahan halaju gelombang semasa gelombang merambat dari satu medium ke medium yang lain. 2 frekuensi 3 (a) P. Panjang gelombang adalah lebih panjang. (b) λP = 8 cm 4 = 2 cm λQ = 2 cm 4 = 0.5 cm Diberi vP = 16 cm s–1 vP λp = vQ λQ 16 2 = vQ 0.5 vQ = 4 cm s–1 Semak Cepat 5.5 1 (a) Sama (b) Sama (c) Sama (d) Berkurang 2 (a) Gelombang bunyi tersebar ke luar tingkap selepas melalui bukaan tingkap. (b) Pembelauan gelombang bunyi 3 penyebaran Semak Cepat 5.6 1 Bentuk gelombang yang terhasil ialah jumlah sesaran bagi gelombang individu. 2 (a) +A +2A +A (b) –A +A 3 (a) λ = ax D x = λD a x = (5.4 × 10–9)(2) 0.3 × 10–3 x = 3.6 × 10–2 mm (b) Bertambah. Jarak di antara dua pinggir cerah yang bersebelahan adalah berkadar terus dengan panjang gelombang. 4 (a) v = λf λ = v f = 330 500 = 0.66 m (b) λ = ax D x = λD a = (0.66)(3) 2 = 0.99 m Revisi Esensi Fizik jawapan.indd 335 30/03/2023 3:45 PM PENERBIT ILMU BAKTI SDN. BHD.