Strategi A+ Ting 5 - Fizik

99 C D 9 Rajah 8 menunjukkan jarum penunjuk galvanometer terpesong apabila magnet bar ditolak mendekati solenoid. Diagram 8 shows a galvanometer pointer deflect when a magnet bar is pushed closer to the solenoid. Magnet kekal Permanent magnet Galvanometer Q P U/N S Rajah 8/ Diagram 8 Antara yang berikut, yang manakah boleh menerangkan arah pesongan jarum penunjuk galvanometer? Which of the following can explain the direction of the deflection of the galvanometer pointer? A Petua tangan kiri Fleming Fleming’s left-hand rule B Petua tangan kanan Fleming Fleming’s right-hand rule C Hukum Lenz Lenz’s law D Hukum Faraday Faraday’s law 10 Rajah 9 menunjukkan satu penjana elektrik. Diagram 9 shows an electric generator. U/N S Gegelung Coil Rajah 9/ Diagram 9 Antara graf berikut, yang manakah menunjukkan output yang betul apabila gegelung itu berputar? Which of the following graphs shows the correct output when the coil rotates? A C B D 11 Rajah 10 menunjukkan sebuah transformer unggul yang digunakan untuk mengecas telefon pintar 9 V. Diagram 10 shows an ideal transformer used to charge a 9 V smartphone. Telefon pintar Smartphone 240 V a.u. 240 V a.c. Rajah 10/ Diagram 10 Jika arus dalam litar primer ialah 0.5 A, arus dalam litar sekunder ialah If the current in the primary circuit is 0.5 A, the current in the secondary circuit is A 1.00 A B 4.50 A C 13.33 A D 18.00 A 12 Rajah 11 menunjukkan sebuah transformer dengan kecekapan 90%. Diagram 11 shows a transformer with 90% efficiency. Pemanas rendam Immersion heater 240 V 12 V, 60 W Rajah 11/ Diagram 11 Berapakah arus dalam gegelung primer itu? What is the current in the primary coil? A 0.167 A C 0.313 A B 0.278 A D 0.425 A 13 Rajah 12 menunjukkan sebuah transformer. Diagram 12 shows a transformer. Teras besi lembut berlamina Laminated soft iron core Gegelung sekunder Secondary coil Gegelung primer Primary coil Rajah 12/ Diagram 12 Arus aruhan Induced current Masa Time 0 Masa Time Arus aruhan Induced current 0 Masa Time Arus aruhan Induced current 0 Masa Time Arus aruhan Induced current 0 Sudut putaran Rotation angle 0 180 360 Arus terus Direct current Sudut putaran Rotation angle 0 180 360 Arus terus Direct current Sudut putaran Rotation angle 0 180 360 Arus terus Direct current Sudut putaran Rotation angle 0 180 360 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 99 9/11/2023 2:23:47 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

100 Teras besi lembut berlamina dalam transformer digunakan untuk The laminated soft iron core in a transformer is used to A mengurangkan rintangan reduce resistance B mengurangkan arus pusar reduce eddy current C senang dimagnetkan dan dinyahmagnetkan easily to magnetised and demagnetised D menghalang kebocoran fluks prevent flux leakage 14 Rajah 13 menunjukkan Rangkaian Grid Nasional. Diagram 13 shows a National Grid Network. Rajah 13/ Diagram 13 Antara ciri berikut, yang manakah sesuai dalam penghantaran elektrik kepada pengguna? Which of the following characteristics is suitable in the transmission of electricity to consumer? Jenis arus Type of current Nilai arus yang mengalir dalam kabel Magnitude of current flow in the cable A Arus ulang-alik Alternating current Rendah Low B Arus ulang-alik Alternating current Tinggi High C Arus terus Direct current Rendah Low D Arus terus Direct current Tinggi High 15 Arus ulang-alik bervoltan tinggi digunakan untuk penghantaran tenaga elektrik jarak jauh supaya dapat Alternating current at very high voltage is used for long distance transmission of electrical energy to A mengurangkan rintangan kabel reduce the resistance of the cable B menambahkan arus di dalam kabel penghantaran increase the current in the transmission cable C mengurangkan kehilangan kuasa semasa penghantaran reduce power loss during transmission D membekalkan lebih kuasa kepada pengguna supply more power to the users Transformer injak naik Step-up transformer Transformer injak turun Step-down transformer Kertas 2 Bahagian A 1 Rajah 1.1 menunjukkan satu konduktor pembawa arus yang terletak di antara dua magnet. Dawai itu berayun ke atas. Diagram 1.1 shows a current-carrying conductor placed between two magnets. The wire swings upwards. Arus Current U/N S Daya/Force Konduktor pembawa arus Current-carrying conductor Rajah 1.1/ Diagram 1.1 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 100 9/11/2023 2:23:47 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

101 (a) Namakan petua yang digunakan untuk menentukan arah daya konduktor itu. Name the rule to determine the direction of the force of a conductor. Petua tangan kiri Fleming/ Fleming’s left-hand rule [1 markah/ mark] (b) Pada Rajah 1.2, lukis medan lastik yang terhasil. In Diagram 1.2, draw the catapult field produced. [2 markah/ marks] Rajah 1.2/ Diagram 1.2 (c) Nyatakan satu modifikasi untuk meningkatkan kelajuan ayunan konduktor itu. State one modification to increase the speed of swing of the conductor. Gunakan magnet yang lebih kuat// Tingkatkan magnitud arus Use stronger magnet// Increase the magnitude of current [1 markah/ mark] 2 Rajah 2 menunjukkan satu solenoid diletakkan di antara sebatang rod besi dan sebuah magnet bar. Diagram 2 shows a solenoid is placed between an iron rod and a bar magnet. U/N S Benang Thread Besi lembut Soft iron Magnet bar Bar magnet Suis Switch Reostat Rheostat X Y Rajah 2/ Diagram 2 Apabila suis dihidupkan, rod besi dan magnet bar tertarik ke arah solenoid. When the switch is turned on, the iron rod and the bar magnet are attracted towards the solenoid. (a) Nyatakan kutub di X. State the polarity at X. Utara/ North [1 markah/ mark] (b) (i) Apakah yang akan berlaku kepada magnet bar jika sambungan kepada terminal bateri diterbalikkan? What will happen to the bar magnet when the connections to the terminals of the battery are reversed? Magnet bar akan ditolak The bar magnet will be pushed away [1 markah/ mark] U/N S F 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 101 9/11/2023 2:23:47 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

102 (ii) Terangkan jawapan anda di 2(b)(i). Explain your answer in 2(b)(i). Y menjadi kutub utara/ kutub yang sama dengan magnet bar/ daya tolakan Y becomes north pole/ same pole as the bar magnet/ repulsion force [1 markah/ mark] (c) Bateri kemudian ditukar dengan bekalan arus ulang-alik yang berkuasa rendah dan suis dihidupkan. The battery is then replaced by a low alternating current power supply and the switch is turned on. (i) Jelaskan pergerakan rod besi. Describe the motion of the iron rod. Rod besi masih tertarik pada solenoid Iron rod still attract to the solenoid [1 markah/ mark] (ii) Jelaskan pergerakan magnet bar. Describe the motion of the bar magnet. Magnet bar akan berayun/ bergetar Bar magnet will oscillate/ vibrate [1 markah/ mark] 3 Rajah 3.1 menunjukkan magnet kekal dalam sebuah dinamo basikal sedang berputar pada laju yang tinggi. Diagram 3.1 shows a permanent magnet inside a bicycle dynamo rotating at a high speed. (a) (i) Nyatakan perubahan tenaga yang berlaku pada dinamo itu. State the energy change that takes place on the dynamo. Tenaga kinetik → Tenaga elektrik Kinetic energy → Electrical energy [1 markah/ mark] (ii) Nyatakan konsep fizik yang terlibat. State the physics concept involved. Aruhan elektromagnet/ Electromagnetic induction [1 markah/ mark] (b) Rajah 3.2 menunjukkan seorang budak perempuan sedang mengayuh basikal pada waktu malam. Lampu basikalnya agak malap walaupun budak itu mengayuh basikalnya dengan laju. Diagram 3.2 shows a girl cycling at night. The lamp of the bicycle was a bit dim although the girl was cycling fast. Rajah 3.2/Diagram 3.2 Magnet kekal Permanent magnet Lilitan gegelung Turns of the coil Mentol menyala Bulb lights up Putaran Rotation Dinamo Dynamo Rajah 3.1/Diagram 3.1 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 102 9/11/2023 2:23:47 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

103 Nyatakan pengubahsuaian yang perlu dilakukan kepada dinamo itu untuk menambahkan kecerahannya. State the modifications that need to be done to the dynamo to increase its brightness. (i) Magnet yang digunakan:/The magnet used: Gunakan magnet yang lebih kuat/Use a stronger magnet Sebab/Reason: Menghasilkan lebih banyak garis medan magnet/Produces more magnetic field lines [2 markah/ marks] (ii) Bilangan lilitan gegelung:/The number of turns of the coil: Banyak/Increases Sebab/Reason: Meningkatkan kadar pemotongan fluks magnet/To increase the rate of magnetic flux cutting [2 markah/ marks] (iii) Bahan yang sesuai untuk gegelung:/Suitable material for coil: Kuprum/Copper Sebab/Reason: Rintangan kecil/Low resistance [2 markah/ marks] (c) Rajah 3.3 menunjukkan arus teraruh apabila teras besi bentuk U digerakkan ke atas. Diagram 3.3 shows a current induced when the U-shape iron core is moved upwards. Rajah 3.3/ Diagram 3.3 Tandakan arah pergerakan arus yang mengalir pada konduktor dalam Rajah 3.3. Mark the direction of current flow on the conductor in Diagram 3.3. [1 markah/ mark] Bahagian B 4 Rajah 4.1 menunjukkan sebuah transformer yang mempunyai kecekapan sebanyak 85%. Diagram 4.1 shows a transformer that has the efficiency of 85%. Rajah 4.1/ Diagram 4.1 Galvanometer Teras besi bergerak ke atas Iron core moves upwards Konduktor pegun Conductor at rest 240 V 12 V, 24 W Input Output Gegelung primer Primary coil Gegelung sekunder Secondary coil Teras besi lembut Soft iron core Mentol Bulb 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 103 9/11/2023 2:23:48 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

104 (a) Namakan jenis transformer. Name the type of transformer. [1 markah/ mark] (b) Terangkan prinsip kerja sebuah transformer. Explain the working principle of a transformer. [4 markah/ marks] (c) Hitung Calculate (i) nisbah bilangan lilitan gegelung sekunder, Ns kepada bilangan lilitan gegelung primer, N p the ratio of number of turns of secondary coil, Ns to the number of primary coil, Np [1 markah/ mark] (ii) arus yang mengalir melalui mentol the current flowing through the bulb [2 markah/ marks] (iii) arus input the input current [2 markah/ marks] (d) Rajah 4.2 menunjukkan sebuah motor elektrik arus terus. Diagram 4.2 shows a direct current electric motor. Rajah 4.2/ Diagram 4.2 Jadual 1 menunjukkan empat jenis motor elektrik arus terus P, Q, R dan S dengan spesifikasi yang berbeza. Table 1 shows four types of direct current electrical motors P, Q, R and S with different specifications. Jenis Type Bentuk magnet Shape of magnet Jenis gegelung Type of coil Ketebalan gegelung Thickness of coil Saiz magnet Size of magnet P Empat segi Rectangular Konstantan Constantant Tebal Thick 2 cm Q Melengkung Curved Konstantan Constantant Nipis Thin 1 cm R Empat segi Rectangular Kuprum Copper Nipis Thin 1 cm S Melengkung Curved Kuprum Copper Tebal Thick 2 cm Jadual 1/ Table 1 Kaji spesifikasi keempat-empat motor elektrik tersebut. Terangkan kesesuaian setiap aspek dan seterusnya tentukan motor elektrik yang paling sesuai dan mempunyai kecekapan yang tinggi. Beri sebab untuk pilihan anda. Study the specifications of four electrical motors. Explain the suitability of each aspect and then determine the most suitable electrical motor which has high efficiency. Give reasons for your choice. [10 markah/ marks] Magnet Magnet Gegelung Coil Komutator Commutator U N S 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 104 9/11/2023 2:23:48 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

105 Aspek/ Aspect Sebab/ Reason Magnet melengkung Curved magnet Menghasilkan medan magnet jejari Produces radial magnetic field Dawai kuprum Copper wire Kekonduksian tinggi High conductivity Gegelung tebal Thick coil Kurang rintangan Low resistance Saiz magnet besar Bigger size magnet Medan magnet lebih kuat Stronger magnetic field Jenis S Type S Magnet melengkung, dawai kuprum, gegelung tebal dan saiz magnet besar Has curved magnet, copper wire, thick coil and bigger size magnet Jawapan/ Answers: 4 (a) Transfomer injak turun/Step-down transformer (b)[Bagaimana/How] Arus ulang-alik mengalir melalui gegelung primer. Medan magnet yang berubah-ubah terhasil. Medan magnet ini akan merentasi gegelung sekunder. Perubahan fluks magnet akan berlaku disebabkan oleh arus aruhan yang terhasil di gegelung sekunder. Alternating current flows through the primary coil. Then, a changing magnetic field is produced. This magnetic field will cross the secondary coil. A change in magnetic flux will occur due to the current induced in secondary coil. (c) (i) 1 : 20 (iii) 12(2) 240IP = 85 100 (ii) P = VI = 24 12 = 2 A IP = 0.118 A (d)[Apa/What, Mengapa/Why] Bahagian C 5 Rajah 5.1 dan Rajah 5.2 menunjukkan satu magnet bar dijatuhkan dari ketinggian yang sama ke dalam dua jenis solenoid yang berbeza. Diagram 5.1 and Diagram 5.2 show a bar magnet is dropped from the same height into two different types of solenoid. Rajah 5.1/ Diagram 5.1 Rajah 5.2/ Diagram 5.2 (a) Namakan kuantiti fizik yang diukur oleh galvanometer. Name the physical quantity that is measured by a galvanometer. [1 markah/ mark] Solenoid Solenoid Galvanometer Galvanometer Galvanometer Galvanometer Solenoid Solenoid 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 105 9/11/2023 2:23:48 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

106 (b) (i) Menggunakan Rajah 5.1 dan Rajah 5.2, bandingkan kekuatan medan magnet bagi magnet bar, bilangan lilitan solenoid dan pesongan penunjuk galvanometer. Using Diagram 5.1 and Diagram 5.2, compare the strength of magnetic field of the bar magnet, the number of turns of the solenoid and the deflection of the galvanometer pointer. [3 markah/ marks] (ii) Nyatakan hubungan antara bilangan lilitan solenoid dengan pesongan penunjuk galvanometer dan bilangan lilitan solenoid dengan kadar perubahan fluks magnet. State the relationship between the number of turns of the solenoid and the deflection of the galvanometer pointer and the number of turns of the solenoid and the rate of change of magnetic flux. [2 markah/ marks] (iii) Nyatakan hubungan antara kadar perubahan fluks magnet dengan magnitud arus aruhan yang dihasilkan. State the relationship between the rate of change of magnetic flux and the magnitude of induced current. [1 markah/ mark] (c) Rajah 5.3 menunjukkan struktur sebuah dinamo basikal. Diagram 5.3 shows the structure of a bicycle dynamo. Tayar basikal Bicycle tyre Tombol Knob Magnet kekal Permanent magnet Gegelung Coil Dinamo Dynamo Rajah 5.3/ Diagram 5.3 Terangkan bagaimana dinamo berfungsi bagi menghasilkan arus untuk menyalakan lampu hadapan basikal. Explain how the dynamo works to produce current to light up the headlamp of the bicycle. [3 markah/ marks] (d) Rajah 5.4 menunjukkan sebuah model transformer injak naik. Diagram 5.4 shows a model of a step-up transformer. Rajah 5.4/ Diagram 5.4 Anda dikehendaki mengubah suai transformer dalam Rajah 5.4 supaya kecekapan transformer itu meningkat. You are required to modify the transformer in Diagram 5.4 so that the efficiency of the transformer is increased. Nyatakan dan terangkan pengubahsuaian tersebut berdasarkan aspek-aspek berikut: State and explain the modifications based on the following aspects: (i) Jenis bahan yang digunakan untuk dawai The type material used for the wire (ii) Diameter dawai The diameter of the wire (iii) Jenis bahan yang digunakan untuk teras The type of material of the core (iv) Ciri-ciri teras The characteristics of the core (v) Jarak di antara gegelung primer dengan gegelung sekunder The distance between primary coil and secondary coil [10 markah/ marks] Gegelung primer Primary coils Teras Core Gegelung sekunder Secondary coils 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 106 9/11/2023 2:23:48 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

107 Aspek/ Aspect Sebab/ Reason Dawai kuprum Copper wire Kekonduksian tinggi High conductivity Diameter dawai tebal Thick diameter of wire Kurang rintangan Low resistance Teras besi lembut Soft iron core Mudah dimagnet dan dinyahmagnet Easy to magnetise and demagnetise Guna teras berlamina Use laminated core Mengurangkan arus pusar Reduce eddy current Lilitan gegelung sekunder di atas gegelung primer The secondary coil turns over the primary coil Mengurang kebocoran fluks magnet Reduce the leakage of magnetic flux Jawapan/ Answers: 5 (a) Arus elektrik/Electric current (b) (i) – Kekuatan medan magnet bar adalah sama The strength of the magnetic field of the bar magnet is the same – Bilangan lilitan solenoid dalam Rajah 5.2 > Rajah 5.1 The number of turns of the solenoid in Diagram 5.2 > Diagram 5.1 – Pesongan penunjuk galvanometer dalam Rajah 5.2 > Rajah 5.1 The deflection of the galvanometer in Diagram 5.2 > Diagram 5.1 (ii) – Semakin bertambah bilangan lilitan solenoid, semakin besar pesongan penunjuk galvanometer The greater the number of turns of the solenoid, the greater the deflection of the galvanometer pointer – Semakin besar bilangan lilitan solenoid, semakin besar kadar perubahan fluks magnet The greater the number of turns of the solenoid, the greater the rate of change of magnetic flux (iii) – Kadar perubahan fluks magnet berkadar terus dengan arus aruhan The rate of change of magnetic flux is directly proportional to the induced current (c) [Bagaimana/How] – Magnet dalam dinamo basikal berputar dalam satu arah apabila basikal dikayuh. The magnet in a bicycle dynamo rotate in one direction when the bicycle is pedalled. – Medan magnet teraruh dan menghasilkan arus elektrik pada gegelung. The magnetic field induced and produces an electric current on the coil. – Teras beri digunakan untuk mengembangkan medan magnet. The iron core is used to expand the magnetic field. – Arus elektrik yang lebih kuat akan terhasil apabila bilangan lilitan gegelung atau putaran magnet bertambah. The higher electric current will produce if the number of turn of coil or the rotation of magnet increase. (d)[Apa/What, Mengapa/Why] 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 107 9/11/2023 2:23:48 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

108 Bab 5 Elektronik Electronics Tema: Fizik Gunaan Revisi Pantas 1 Pancaran termion ialah pemancaran elektron bebas daripada permukaan logam yang dipanaskan. Thermionic emission is the release of free electrons from a heated metal surface. Filamen pemanas Heating filament Katod (–) Cathode Anod (+) Anode Sinar katod Cathode rays Tiub vakum Vacuum tube Bekalan voltan tinggi High voltage supply – + 2 Sinar katod ialah alur elektron yang bergerak dalam vakum dengan kelajuan yang tinggi. The cathode ray is an electron beam that moves in a vacuum with a high speed. 3 Ciri-ciri sinar katod: Characteristics of cathode rays: (a) Bergerak lurus dalam vakum Move straight in a vacuum (b) Bercas negatif Negatively charged (c) Boleh dipesongkan ke arah plat positif dalam medan elektrik Can be deflected towards the positive plate in an electric field (d) Boleh dipesongkan oleh medan magnet. Arah pesongan ditentukan menggunakan petua tangan kiri Fleming Can be deflected by magnetic fields. The direction of the deflection can be determined using the Fleming's left-hand rule (e) Menghasilkan kesan berpendarfluor Produces a fluorescent effect (f) Boleh dihentikan dengan plat logam nipis Can be stopped by thin metal plate 4 Tenaga keupayaan elektrik bagi satu elektron, eV boleh berubah kepada tenaga kinetik. The electrical potential energy of an electron, eV can be converted to kinetic energy. eV = 1 2 mv2 maks dengan keadaan/ where e = cas satu elektron/charge of an electron (1.6 × 10-19 C) m = jisim elektron/mass of electron (9.11 × 10-31 kg) V = beza keupayaan antara anod dan katod potential difference between anode and cathode vmaks = halaju maksimum elektron maximum velocity of an electron 5.2 Diod Semikonduktor Semiconductor Diode 1 Diod semikonduktor dihasilkan dengan menggabungkan semikonduktor jenis-p dan semikonduktor jenis-n untuk membentuk satu simpang p-n. Diod ini berfungsi untuk: A semiconductor diode is produced by combining a p-type semiconductor and n-type semiconductor to form a p-n junction. Its function is to: (a) membenarkan arus elektrik mengalir dalam satu arah sahaja allows an electric current to flow in one direction only (b) mengubah arus ulang-alik kepada arus terus converts alternating current into direct current 2 Perbezaan sambungan diod dalam keadaan pincang depan dan pincang songsang adalah seperti berikut: The differences of diode connections in the forward biased and reverse biased conditions are as follows: Pincang depan Forward biased Pincang songsang Reverse biased V p n Lohong Hole Arah aliran arus Direction of current flow Mentol menyala Bulb lights up Elektron Electron Lapisan susutan nipis Thin depletion layer p n Mentol tidak menyala Bulb does not light up Lapisan susutan lebih tebal Thicker depletion layer V • Lohong bergerak ke arah semikonduktor jenis-n. The holes move towards the n-type semiconductor. • Elektron bergerak ke arah semikonduktor jenis-p. The electrons move towards the p-type semiconductor. • Lohong dan elektron masing-masing bergerak menjauhi lapisan susutan. The holes and the electrons move away from the depletion layer. Lapisan susutan menjadi semakin nipis. The depletion layer becomes thinner. Lapisan susutan menjadi semakin tebal. The depletion layer becomes thicker. Voltan simpang, V berkurang dan rintangan diod menjadi sangat kecil. The junction voltage, V decreases and the resistance of the diode becomes very small. Voltan simpang, V meningkat. Rintangan diod menjadi sangat besar. The junction voltage, V increases. The resistance of the diode becomes very large. 5.1 Elektron Electrons 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 108 9/11/2023 2:23:49 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

109 Pincang depan Forward biased Pincang songsang Reverse biased Arus mengalir melalui diod dan mentol menyala. The current flows through the diode and the bulb lights up. Arus tidak mengalir melalui diod dan mentol tidak menyala. The current does not flow through the diode and the bulb does not light up. 3 Rektifikasi ialah proses penukaran arus ulang-alik kepada arus terus. Rectification is the process of converting alternating current into a direct current. 4 Terdapat dua jenis rektifikasi, iaitu rektifikasi gelombang separuh dan rektifikasi gelombang penuh. There are two types of rectification, which are half-wave rectification and full-wave rectification. 5 Perbezaan antara rektifikasi gelombang separuh dengan rektifikasi gelombang penuh adalah seperti berikut: The differences between half-wave rectification and full wave rectification are as follows: Rektifikasi gelombang separuh Half-wave rectification Rektifikasi gelombang penuh Full-wave rectification Melibatkan satu diod sahaja. Involves one diode only. Melibatkan dua pasang diod yang dipasang selari. Involves two pairs of diodes installed in parallel. Separuh kitar positif: Positive half cycle: ke O.S.K. to C.R.O. Diod Diode Output Output Input a.u. A.c. input Diod dalam keadaan pincang depan dan arus mengalir. The diode is in forward biased and current flows. Separuh kitar positif: Positive half cycle: Input a.u. A.c. input ke O.S.K. to C.R.O. Output Output A B H G D E C F 1 3 4 2 • Diod 1 dan 2 dalam keadaan pincang depan dan arus mengalir. Diodes 1 and 2 are in forward biased and current flows. • Diod 3 dan 4 dalam keadaan pincang songsang dan arus tidak mengalir. Diodes 3 and 4 are in reverse biased and current does not flow. • Arah aliran arus/Direction of current flows: A→B→C→D→E→F→G→H Separuh kitar negatif: Negative half cycle: ke O.S.K. to C.R.O. Diod Diode Output Output Input a.u. A.c. input Diod dalam keadaan pincang songsang dan arus tidak mengalir. The diode is in reverse biased and current does not flow. Separuh kitar negatif: Negative half cycle: • Diod 3 dan 4 dalam keadaan pincang depan dan arus mengalir. Diodes 3 and 4 are in forward biased and current flows. • Diod 1 dan 2 dalam keadaan pincang songsang dan arus tidak mengalir. Diodes 1 and 2 are in reverse biased and current does not flow. • Arah aliran arus/Direction of current flows: H→G→C→D→E→F→B→A 6 Arus output yang tidak rata dalam kedua-dua jenis rektifikasi gelombang boleh diratakan dengan menyambungkan satu kapasitor yang merentasi perintang. The unsmooth output current in two types of wave rectifications can be smoothed out by connecting a capacitor across a resistor. 7 Kapasitor akan dicas apabila beza keupayaan bertambah dan akan dinyahcas apabila beza keupayaan berkurang. Arus yang dinyahcas dari kapasitor akan mengekalkan beza keupayaan yang merentasi perintang. The capacitor will be charged when the potential difference increases and will be discharged when the potential difference decreases. The current discharged from the capacitor will maintain a potential difference across the resistor. Video Untuk tujuan pembelajaran Imbas kod QR atau layari https://www. youtube.com/watch?v=00hEBoBZ6m4 untuk mengetahui tentang rektifikasi gelombang separuh dan gelombang penuh. Video 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 109 9/11/2023 2:23:49 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

110 5.3 Transistor Transistor 1 Transistor merupakan satu komponen elektronik yang mempunyai tiga terminal, iaitu pengeluar, E, tapak, B dan pengumpul, C. A transistor is an electronic component that has three terminals, which are emitter, E, base, B and collector, C. 2 Terdapat dua jenis transistor, iaitu transistor npn dan transistor pnp. There are two types of transistors, which are npn transistor and pnp transistor. Transistor npn npn transistor Transistor pnp pnp transistor C E B C E B N P N C E B C E B P N P Simbol anak panah = arah aliran arus dari B ke E Arrow symbol = the direction of current flows from B to E Simbol anak panah = arah aliran arus dari E ke B Arrow symbol = the direction of current flows from E to B 3 Fungsi transistor adalah untuk menggandakan arus dan sebagai suis automatik. The function of the transistor is to amplify the current and as an automatic switch. 4 Apabila arus tapak tidak mengalir (IB = 0), maka tiada arus pengumpul (IC = 0). Semakin bertambah arus tapak, semakin bertambah arus pengumpul. When no base current flows (IB = 0), then there is no collector current (IC = 0). The greater the base current, the greater the collector current. R A1 I B A2 I C I E 6.0 V 1.5 V Litar transistor Transistor circuit Pertambahan arus tapak, IB yang kecil akan menghasilkan perubahan yang besar dalam arus pengumpul, IC. Dengan ini, transistor berfungsi sebagai amplifier arus. A small increase in the base current, IB will produce a large change in the collector current, IC. Hence, the transistor works as a current amplifier. 5 Dalam suatu litar bertransistor, arus tidak mengalir dalam litar pengumpul kecuali jika terdapat arus yang mengalir dalam litar tapak. Hal ini bermakna transistor boleh berfungsi sebagai suis dengan menghidupkan atau mematikan arus tapak dengan menambahkan perintang peka cahaya atau termistor ke dalam litar. In a transistor circuit, no current flows in the collector circuit unless there is a current flowing in the base circuit. This means that the transistor can function as a switch by turning the base current on or off by adding a light-dependent resistor or a thermistor to the circuit. 6 Transistor sebagai suis kawalan cahaya: Transistor as a light-controlled switch: Vmasuk/in R2 R1 PPC LDR Keamatan cahaya Light intensity Keadaan LED LED condition Kesimpulan Conclusion Dalam keadaan cerah In bright condition Tidak menyala Does not light up RPPC rendah, VPPC berkurang, VB tinggi, arus tapak tidak mengalir, transistor tidak dapat dihidupkan Low RLDR, low VLDR, high VB, base current does not flow, transistor is switched off Dalam keadaan gelap In dark condition Menyala Lights up RPPC tinggi, VPPC tinggi, VB rendah, arus tapak mengalir, transistor dihidupkan High RLDR, high VLDR, low VB, base current flow, transistor is switched on 7 Transistor sebagai suis kawalan suhu: Transistor as a heat-controlled switch: Vmasuk/in R2 R1 Termistor Thermistor Suhu Temperature Keadaan LED LED condition Kesimpulan Conclusion Dalam keadaan sejuk In cold condition Tidak menyala Does not light up Rtermistor tinggi, Vtermistor tinggi, VR rendah, VB tinggi, arus tapak tidak mengalir, transistor dimatikan High Rthermistor, high Vthermistor, low VR, high VB, base current does not flow, transistor is switched off Dalam keadaan panas In hot condition Menyala Lights up Rtermistor rendah, Vtermistor rendah, VR tinggi, VB rendah, arus tapak mengalir, transistor dihidupkan Low Rthermistor, low Vthermistor, high VR, low VB, base current flow, transistor is switched on 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 110 9/11/2023 2:23:50 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

111 Praktis PBD 5.1 Elektron/Electrons Latihan 1 Pancaran termion dan sinar katod/Thermionic emission and cathode rays TP 1 Mengingat kembali pengetahuan dan kemahiran asas sains mengenai Elektronik. 1 Isi tempat kosong dengan jawapan yang betul. TP 1 Fill in the blanks with the correct answers. (a) Pancaran termion ialah pemancaran elektron bebas daripada permukaan logam yang dipanaskan . Thermionic emission is the release of free electrons from a heated metal surface. (b) Sinar katod ialah alur elektron yang bergerak dalam vakum dengan kelajuan yang tinggi dalam tiub vakum. The cathode ray is an electron beam that moves in a vacuum with a high speed. 2 Tandakan (✓) pada pernyataan yang betul dan (✗) pada pernyataan yang salah tentang ciri-ciri sinar katod. TP 1 Tick (✓) the correct statements and (✗) the incorrect statements about the characteristics of cathode rays. Ciri-ciri sinar katod Characteristics of cathode rays (✓) atau/or (✗) (a) Sinar katod dikenali sebagai proton. Cathode ray is known as a proton. ✗ (b) Sinar katod boleh dipesongkan oleh medan elektrik dan medan magnet. Cathode rays can be deflected by electric field and magnetic field. ✓ (c) Sinar katod yang dipesongkan oleh medan elektrik akan terpesong ke arah plat negatif. The cathode ray which can be deflected by the electric field will deflect towards the negative plate. ✗ (d) Arah pesongan sinar katod dalam medan magnet dapat ditentukan menggunakan petua tangan kiri Fleming. The direction of deflection of the cathode ray in a magnetic field can be determined using Fleming’s left-hand rule. ✓ (e) Sinar katod bercas negatif. Cathode ray is negatively charged. ✓ (f) Sinar katod mempunyai tenaga kinetik dan momentum. The cathode ray has kinetic energy and momentum. ✓ 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 111 9/11/2023 2:23:50 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

112 Latihan 2 Kesan sinar katod di bawah pengaruh medan elektrik dan medan magnet Effects of electric field and magnetic field on a cathod ray TP 2 Memahami Elektronik serta dapat menjelaskan kefahaman tersebut. 1 Lengkapkan laluan sinar katod dalam rajah di bawah. TP 2 Complete the path of the cathode rays in the diagram below. − + V.L.T. E.H.T. 12 V 2 Sebuah magnet bar didekatkan pada tiub palang Maltese. Label arah pesongan bayang-bayang palang Maltase dalam rajah di bawah. TP 2 A bar magnet is brought close to the Maltese cross tube. Label the direction of deflection of on the shadow of the Maltase cross in the diagram below. + − V.L.T E.H.T Bayang-bayang tertarik ke bawah The shadow is N attracted downwards S Latihan 3 Halaju elektron dalam tiub sinar katod/Velocity of an electron in a cathode ray tube TP 3 Mengaplikasi pengetahuan mengenai Elektronik untuk menerangkan kejadian atau fenomena alam dan melaksanakan tugasan mudah. Jawab soalan-soalan berikut. Answer the following questions. 1 Dalam satu tiub sinar katod, beza keupayaan antara anod dan katod ialah 5 kV. Hitung tenaga kinetik yang dialami oleh elektron yang dipancarkan dari permukaan logam yang dipanaskan dalam tiub sinar katod tersebut. Diberi cas satu elektron bersamaan dengan 1.6 × 10-19 C. TP 3 In a cathode ray tube, the potential difference between the anode and the cathode is 5 kV. Calculate the kinetic energy experienced by the electrons emitted from the heated metal surface in the cathode ray tube. Given the charge of an electron is equal to 1.6 × 10-19 C. Tenaga kinetik elektron = Tenaga keupayaan elektrik Electron kinetic energy Electrical potential energy Ek = eV = 1.6 × 10-19 × 5 000 = 8 × 10-16 J 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 112 9/11/2023 2:23:50 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

113 2 Berapakah halaju maksimum elektron dalam sebuah tiub vakum yang mempunyai beza keupayaan 8 kV? TP 3 (Diberi cas satu elektron = 1.6 × 10-19 C dan jisim elektron = 9.11 × 10-31 kg) What is the maximum velocity of electrons in a vacuum tube that has a potential difference of 8 kV?(Given the charge of an electron = 1.6 × 10-19 C and the mass of the electron = 9.11 × 10-31 kg). Tenaga kinetik elektron = Tenaga keupayaan elektrik Electron kinetic energy Electrical potential energy eV = 1 2 mvmaks/max 1.6 × 10-19 × 8 000 = 1 2× 9.11 × 10-31 × v2 maks/max vmaks/max = 5.30 × 107 m s-1 5.2 Diod Semikonduktor/Semiconductor Diode Latihan 4 Fungsi diod semikonduktor/The function of semiconductor diode TP 1 Mengingat kembali pengetahuan dan kemahiran asas sains mengenai Elektronik. TP 3 Mengaplikasi pengetahuan mengenai Elektronik untuk menerangkan kejadian atau fenomena alam dan melaksanakan tugasan mudah. 1 Padankan komponen elektronik berikut dengan simbol yang betul. TP 1 Match the following electronic components to the correct symbols. Komponen elektronik Electronic component Simbol Symbol (a) (b) (c) 2 Gariskan jawapan yang betul bagi pernyataan di bawah. TP 1 Underline the correct answers for the statements below. (a) Diod semikonduktor ialah komponen elektronik yang membenarkan (beza keupayaan / arus elektrik) mengalir dalam (satu / dua) arah sahaja. A semiconductor diode is an electronic component that allows (potential difference / electric current) to flow in (one / two) direction only. (b) Sebuah diod semikonduktor boleh dibina dengan menyambungkan semikonduktor jenis-p dan semikonduktor (jenis-n / jenis-p). A semiconductor diode can be formed by connecting a p-type semiconductor with an (n-type / p-type) semiconductor. 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 113 9/11/2023 2:23:50 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

114 3 Rajah di sebelah menunjukkan satu litar. The diagram on the right shows a circuit. (a) Apakah komponen Z? TP 1 What is component Z? Komponen Z ialah diod semikonduktor. Component Z is a semiconductor diode. (b) Apabila suis dihidupkan, didapati mentol tidak menyala. Mengapakah mentol itu tidak menyala? TP 3 When the switch is turned on, it is found that the bulb is not lit. Why is the bulb not lit? Mentol tidak menyala kerana litar dalam keadaan pincang songsang . The bulb does not light up because the circuit is in reverse biased . (c) Bagaimanakah litar ini boleh diubah suai supaya mentol boleh menyala? TP 3 How can this circuit be modified so that the bulb can light up? Terbalikkan kekutuban sel kering. Reverse the polarity of dry cells. Latihan 5 Rektifikasi gelombang separuh dan rektifikasi gelombang penuh Half-wave rectification and full-wave rectification TP 1 Mengingat kembali pengetahuan dan kemahiran asas sains mengenai Elektronik. TP 2 Memahami Elektronik serta dapat menjelaskan kefahaman tersebut. TP 3 Mengaplikasi pengetahuan mengenai Elektronik untuk menerangkan kejadian atau fenomena alam dan melaksanakan tugasan mudah. 1 Rajah di bawah menunjukkan satu litar rektifikasi. The diagram below shows a recftification circuit. 12 V T R Diod Diode O.S.K. C.R.O. Y-input (a) Namakan komponen T. TP 1 Name component T. Kapasitor/ Capacitor (b) Nyatakan jenis rektifikasi yang berlaku. Beri sebab anda. TP 2 State the type of rectification that occurs. Give your reason. Rektifikasi gelombang separuh kerana hanya melibatkan satu diod sahaja . Half-wave rectification because it involves one diode only . (c) Terangkan bagaimana komponen T digunakan untuk meratakan gelombang dalam rajah di atas. Explain how component T is used to smooth a wave in the diagram above. TP 3 Apabila beza keupayaan bertambah, kapasitor akan dicas . Kapasitor akan dinyahcas apabila beza keupayaan berkurang. Tenaga dalam kapasitor akan mengekalkan beza keupayaan merentasi perintang, R. When the potential difference increases, the capacitor will be charged . The capacitor will be discharged when the potential difference decreases. The energy in the capacitor will maintain the potential difference across the resistor, R. Z Mentol Bulb Suis Switch Sel kering Dry cells 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 114 9/11/2023 2:23:51 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

115 5.3 Transistor/Transistor Latihan 6 Fungsi transistor/Function of transistor TP 1 Mengingat kembali pengetahuan dan kemahiran asas sains mengenai Elektronik. TP 2 Memahami Elektronik serta dapat menjelaskan kefahaman tersebut. 1 Rajah di bawah menunjukkan simbol bagi satu komponen elektronik. The diagram below shows the symbol of an electronic component. S (a) Apakah nama komponen elektronik tersebut? TP 1 What is the name of the electronic component? Transistor pnp/ pnp transistor (b) Apakah fungsi terminal S pada komponen elektronik tersebut? TP 2 What is the function of terminal S on the electronic component? Mengawal pengaliran pembawa cas daripada pengeluar ke pengumpul. To control the flow of charge carriers from emitter to the collector. Latihan 7 Kegunaan transistor sebagai suis automatik/The use of a transistor as an automatic switch TP 2 Memahami Elektronik serta dapat menjelaskan kefahaman tersebut. TP 3 Mengaplikasi pengetahuan mengenai Elektronik untuk menerangkan kejadian atau fenomena alam dan melaksanakan tugasan mudah. 1 Rajah di sebelah menunjukkan litar bertransistor yang bertindak sebagai suis kawalan cahaya untuk menghidupkan lampu jalan pada waktu malam. The diagram on the right shows a transistor circuit that acts as a light-controlled switch to turn on the streetlights at night. (a) Namakan komponen P dan Q. TP 2 Name components P and Q. P ialah perintang peka cahaya (PPC) dan Q ialah transistor npn P is a light-dependent resistor (LDR) and Q is npn transistor (b) Apakah yang akan berlaku kepada komponen P pada waktu malam? TP 3 What will happen to component P at night? Rintangan dan voltan PPC akan meningkat. LDR resistance and voltage will increase. (c) Terangkan bagaimana komponen Q boleh menyalakan lampu pada waktu malam. TP 3 Explain how component Q can light a lamp at night. Apabila rintangan PPC meningkat, voltan PPC juga meningkat. Voltan PPC lebih besar daripada voltan minimum merentasi tapak dan pengeluar, maka arus tapak akan mengalir. Transistor dapat dihidupkan. Arus litar sekunder menghidupkan lampu jalan. As the LDR resistance increases, the LDR voltage increases. The LDR voltage is greater than the minimum voltage across the base and the emitter, then, the base current will flow. The transistor can be switched on. The secondary circuit current turns on the streetlights. Q 240 V Suis geganti Relay switch Lampu jalan Streetlight R1 R2 P 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 115 9/11/2023 2:23:51 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

116 1 Rajah 1 menunjukkan elektron terbebas daripada permukaan logam yang dipanaskan. Diagram 1 shows the electrons being released from a heated metal surface. e− e− e− e− Elektron Electron Logam Metal Haba Heat Rajah 1/ Diagram 1 Apakah nama proses ini? What is the name of this process? A Sinaran C Rektifikasi Radiation Rectification B Penyejatan D Pancaran termion Evaporation Thermionic emission 2 Antara yang berikut, yang manakah ialah sinar katod? Which of the following is a cathode ray? A Alur elektron C Neutron Electron beam Neutron B Sinar gama D Zarah alfa Gamma rays Alpha particles 3 Antara yang berikut, yang manakah tidak mempengaruhi kadar pancaran termion? Which of the following does not affect the rate of thermionic radiation? A Jenis logam The type of metal B Suhu logam The temperature of the metal C Bentuk permukaan logam The shape of the metal surface D Saduran pada permukaan logam The coating on the metal surface 4 Antara pernyataan berikut, yang manakah adalah benar mengenai sinar katod? Which of the following statements is true about cathode rays? I Mempunyai tenaga dan momentum Has energy and momentum II Sejenis gelombang elektromagnet A type of electromagnetic wave III Bercas positif Positively charged A I sahaja C I dan II I only I and II B I dan III D II dan III I and III II and III 5 Berapakah tenaga kinetik bagi satu elektron yang memecut dalam satu tiub vakum apabila beza keupayaan merentasi katod dan anod ialah 4 kV? (Cas satu elektron = 1.6 × 10-19 C) What is the kinetic energy of an electron that accelerates in a vacuum tube when the potential difference across the cathode and anode is 4 kV? (Charge of an electron = 1.6 × 10-19 C) A 4.0 × 10-22 J C 6.4 × 10-19 J B 4.0 × 10-20 J D 6.4 × 10-16 J 6 Rajah 2 menunjukkan simbol yang mewakili satu komponen elektronik. Diagram 2 shows a symbol that represents an electronic component. Rajah 2/ Diagram 2 Apakah komponen elektronik itu? What is the electronic component? A Diod Diode B Induktor Inductor C Perintang Resistor D Transistor Transistor 7 Rajah 3 menunjukkan suatu litar. Apabila suis dihidupkan, mentol tidak menyala. Diagram 3 shows a circuit. When the switch is turned on, the bulb does not light up. Mentol Bulb Suis Switch Sel kering Dry cells Rajah 3/ Diagram 3 Praktis Berformat SPM Kertas 1 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 116 9/11/2023 2:23:51 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

117 Apakah yang perlu dilakukan untuk menyalakan mentol itu? What needs to be done to light up the bulb? A Gantikan mentol baharu Replace a new bulb B Menambah bilangan sel kering Increase the number of dry cells C Menyongsangkan sambungan diod Invert the diode connection D Sambungkan perintang selari dengan mentol Connect a resistor in parallel with the bulb 8 Rajah 4 menunjukkan satu litar elektrik. Diagram 4 shows an electric circuit. P Q Rajah 4/ Diagram 4 Pernyataan manakah yang betul? Which statement is correct? A Hanya mentol P menyala Only bulb P lights up B Hanya mentol Q menyala Only bulb Q lights up C Kedua-dua mentol P dan Q menyala Both bulbs P and Q light up D Kedua-dua mentol P dan Q tidak menyala Both bulbs P and Q do not light up 9 Rajah 5 menunjukkan satu litar yang mengandungi tiga mentol, X, Y dan Z. Diagram 5 shows a circuit containing three bulbs X, Y and Z. X Y Z Suis Switch Rajah 5/ Diagram 5 Mentol yang manakah dalam litar itu akan menyala apabila suis dihidupkan? Which bulb in the circuit lights up when the switch is turned on? A Z sahaja Z only B X dan Y sahaja X and Y only C Y dan Z sahaja Y and Z only D Semua mentol menyala All bulbs light up 10 Antara yang berikut, yang manakah menunjukkan gelombang arus terus? Which of the following shows the waveform of direct current? A C A B C D B D 11 Rajah 6 menunjukkan satu rektifikasi gelombang penuh. Diagram 6 shows a full-wave rectification. Kapasitor Capacitor O.S.K. C.R.O. Input-Y Rajah 6/ Diagram 6 Bentuk gelombang output manakah yang akan dipaparkan pada skrin O.S.K.? Which output waveform will be displayed on the C.R.O. screen? A C B D A B C D 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 117 9/11/2023 2:23:52 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

118 12 Antara yang berikut, yang manakah merupakan rektifikasi gelombang penuh? Which of the following is a full-wave rectification? I II III IV A I dan II C I, II dan III I and II I, II and III B I dan III D I, II, III dan IV I and III I, II, III and IV 13 Rajah 7 menunjukkan simbol sebuah transistor. Diagram 7 shows the symbol of a transistor. P Rajah 7/ Diagram 7 Antara yang berikut, yang manakah menunjukkan nama yang betul bagi terminal P dan jenis transistornya? Which of the following shows the correct name of terminal P and its type of transistor? Terminal P Jenis transistor Type of transistor A Pengeluar Emitter pnp B Pengumpul Collector pnp C Pengeluar Emitter npn D Pengumpul Collector npn 14 Pernyataan manakah yang betul mengenai suatu transistor? Which statements is correct about a transistor? A Mempunyai dua terminal Has two terminals B Berfungsi sebagai rektifier gelombang penuh Works as a full-wave rectifier C Mempunyai bekalan tenaga sendiri Has its own energy supply D Berfungsi sebagai amplifier arus Works as a current amplifier 15 Rajah 8 menunjukkan satu litar bertransistor. Diagram 8 shows a transistor circuit. V1 R2 R1 V2 PPC LDR 6 V Rajah 8/ Diagram 8 Berapakah bacaan V2 apabila V1 ialah 1.5 V? What is the reading of V2 when V1 is 1.5 V? A 1.5 V C 6.0 V B 4.5 V D 7.5 V Kertas 2 Bahagian A 1 Rajah 1.1 menunjukkan satu litar yang tidak lengkap bagi rektifikasi gelombang penuh yang menggunakan susunan empat diod dan disambungkan pada satu Osiloskop Sinar Katod (O.S.K.). Diagram 1.1 shows an incomplete circuit for full-wave rectification using an arrangement of four diodes and is connected to a Cathode Ray Oscilloscope (C.R.O.). Rajah 1.1/ Diagram 1.1 O.S.K. C.R.O. 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 118 9/11/2023 2:23:52 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

119 (a) Apakah yang dimaksudkan dengan rektifikasi? What is meant by rectification? Proses menukar arus ulang-alik kepada arus terus The process of converting alternating current to direct current [1 markah/ mark] (b) (i) Pada Rajah 1.1, lukis dua diod dalam kotak yang disediakan bagi melengkapkan litar rektifikasi itu. On Diagram 1.1, draw two diodes in the box provided to complete the rectification circuit. [1 markah/ mark] (ii) Beri satu sebab bagi jawapan anda di 1(b)(i). Give one reason for your answer in 1(b)(i). Arus akan mengalir walaupun terminal bekalan kuasa diterbalikkan The current will flow although the terminals of the power supply are inverted [1 markah/ mark] (c) Pada Rajah 1.2, lakarkan gelombang output yang terhasil pada skrin O.S.K. bagi rektifikasi di atas. On Diagram 1.2, sketch the output waveform produced on the C.R.O. screen for the above rectification. Rajah 1.2/ Diagram 1.2 [1 markah/ mark] 2 Rajah 2 menunjukkan sebuah litar bertransistor. Diagram 2 shows a transistor circuit. R2 R3 R1 = 1 000 Ω VBE 6 V Rajah 2/ Diagram 2 (a) Namakan jenis transistor dalam Rajah 2. Name the type of transistor in Diagram 2. Transistor npn/ npn transistor [1 markah/ mark] 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 119 9/11/2023 2:23:52 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

120 (b) Anda diberi tiga perintang yang mempunyai nilai berbeza untuk diletakkan pada kedudukan R3 , iaitu perintang 100 Ω, perintang 200 Ω dan perintang 300 Ω. You are given three resistors with different values to be placed at position R3 , which are a 100 Ω resistor, a 200 Ω resistor and a 300 Ω resistor. Hitung beza keupayaan yang merentasi tapak-pengeluar, VBE bagi: Calculate the potential difference across the base-emitter, VBE for: (i) perintang 100 Ω 100 Ω resistor VBE = 100 1 100 × 6 = 0.55 V (ii) perintang 200 Ω 200 Ω resistor VBE = 200 1 200 × 6 = 1.0 V (iii) perintang 300 Ω 300 Ω resistor VBE = 300 1 300 × 6 = 1.38 V [3 markah/ marks] (c) Mentol akan menyala jika VBE melebihi 1.2 V. Berdasarkan jawapan anda di 2(b), pilih perintang yang paling sesuai digunakan sebagai perintang R3 . Beri sebab bagi jawapan anda. The bulb will light up if VBE exceeds 1.2 V. Based on your answer in 2(b), select the most suitable resistor to be used as resistor R3 . Give a reason for your answer. Perintang 300 Ω paling sesuai kerana nilai VBE melebihi 1.2 V dan transistor boleh dihidupkan. A 300 Ω resistor is the most suitable because the VBE value exceeds 1.2 V and the transistor can be turned on. [2 markah/ marks] 3 Rajah 3 menunjukkan satu litar suis kawalan cahaya untuk menyalakan lampu jalan pada waktu malam. Diagram 3 shows a light-controlled switch circuit to turn on the streetlights at night. R2 R1 6 V T Mentol 240 V, 100 W 240 V, 100 W bulb PPC LDR Rajah 3/ Diagram 3 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 120 9/11/2023 2:23:53 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

121 Berdasarkan Rajah 3, Based on Diagram 3, (a) namakan jenis transistor T. name the type of transistor T. Transistor npn/ npn transistor [1 markah/ mark] (b) nyatakan fungsi perintang R1 . state the function of resistor R1 . Sebagai pembahagi voltan. Acts as potential divider. [1 markah/ mark] (c) apakah yang akan berlaku kepada transistor T apabila keamatan cahaya pada perintang peka cahaya adalah rendah? what will happen to the transistor T when the light intensity on the light-dependent resistor is low? Transistor T dihidupkan. Transistor T is turned on. [1 markah/ mark] (d) apakah yang akan berlaku kepada lampu jalan apabila kedudukan R1 dan PPC diubah? Nyatakan sebab anda. explain what will happen to the streetlights when R1 and PPC are repositioned? State your reason. Transistor tidak dihidupkan dan lampu jalan tidak akan menyala kerana voltan merentasi VBE akan berkurang dan menyebabkan arus tapak tidak mengalir. The transistor is not turned on and the streetlights will not light up because the voltage across VBE will decrease, causing the base current to not flow. [2 markah/ marks] Bahagian B 4 (a) Rajah 4.1 menunjukkan satu litar rektifikasi gelombang separuh. Diagram 4.1 shows a half-wave rectification circuit. P V0 V0 Sebelum Before Selepas After Rajah 4.1/ Diagram 4.1 Berdasarkan Rajah 4.1, Based on Diagram 4.1, (i) namakan komponen P. name component P. [1 markah/ mark] (ii) terangkan bagaimana komponen P digunakan untuk menghasilkan rektifikasi gelombang separuh. explain how component P is used to produce half-wave rectification. [4 markah/ marks] (b) Rajah 4.2 menunjukkan satu litar bertransistor. Perintang M ialah termistor, manakala perintang N ialah perintang tetap. Mentol S akan menyala apabila beza keupayaan merentasi N ialah sekurang-kurangnya 1 V. Diagram 4.2 shows a transistor circuit. Resistor M is a thermistor and resistor N is a fixed resistor. Bulb S will light up when the potential difference across N is at least 1 V. 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 121 9/11/2023 2:23:53 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

122 X Y Z 6 V M N1 000 Ω Mentol S Bulb S 6 V, 12 W Rajah 4.2/ Diagram 4.2 Berdasarkan Rajah 4.2, jika beza keupayaan antara Y dan Z ialah 1 V, hitung: Based on Diagram 4.2, if the potential difference between Y and Z is 1 V, calculate: (i) beza keupayaan antara titik X dan Z. the potential difference between points X and Z. [1 markah/ mark] (ii) beza keupayaan antara titik X dan Y. the potential difference between points X and Y. [1 markah/ mark] (iii) nilai rintangan maksimum, M untuk membolehkan mentol S menyala. the maximum resistance, M that enables bulb S to light up. [3 markah/ marks] (c) Jadual 1 menunjukkan empat litar, A, B, C dan D dengan spesifikasi yang berbeza digunakan untuk menukar arus ulang-alik (a.u.) kepada arus terus (a.t.). Table 1 shows four electric circuits, A, B, C and D with different specifications used to convert alternating current (a.c.) to direct current (d.c.). Litar A Circuit A Corak gelombang output Output wave pattern Corak gelombang output Output wave pattern Corak gelombang output Output wave pattern Corak gelombang output Output wave pattern J K C M L R J K M L R J K M L C R J K M L R Input Input Input Input Input Input Input Input Litar B Circuit B Corak gelombang output Output wave pattern Corak gelombang output Output wave pattern Corak gelombang output Output wave pattern Corak gelombang output Output wave pattern J K C M L R J K M L R J K M L C R J K M L R Input Input Input Input Input Input Input Input Litar C Circuit C Corak gelombang output Output wave pattern Corak gelombang output Output wave pattern Corak gelombang output Output wave pattern Corak gelombang output Output wave pattern J K C M L R J K M L R J K M L C R J K M L R Input Input Input Input Input Input Input Input Litar D Circuit D Corak gelombang output Output wave pattern Corak gelombang output Output wave pattern Corak gelombang output Output wave pattern Corak gelombang output Output wave pattern J K C M L R J K M L R J K M L C R J K M L R Input Input Input Input Input Input Input Input Jadual 1/ Table 1 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 122 9/11/2023 2:23:53 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

123 Spesifikasi Specification Penerangan Explanation 4 diod 4 diodes Menghasilkan rektifikasi gelombang penuh Produce full-wave rectification Dua pasang diod dalam keadaan selari Two pairs of diodes parallel to each other Menghasilkan sambungan pincang depan Produce forward biased connection Gelombang rata Smooth wave Sama dengan gelombang arus terus asli Same as pure direct current wave Kapasitor Capacitor Untuk melicinkan gelombang output To smooth the output wave Pilih litar C kerana mempunyai 4 diod, dua pasang diod dalam keadaan selari, menghasilkan gelombang rata dan menggunakan kapasitor di dalam litar. Choose circuit C because it has 4 diodes, two pairs of diodes parallel to each other, produces smooth wave and uses a capacitor in the circuit. Kaji spesifikasi keempat-empat litar tersebut berdasarkan aspek-aspek berikut: Study the specifications of the circuits based on the following aspects: (i) Bilangan diod yang digunakan Number of diodes used (ii) Susunan diod Arrangement of diodes (iii) Bentuk gelombang output Pattern of the output wave (iv) Komponen tambahan untuk menghasilkan output arus terus yang mantap Additional component to produce a steady direct current output Terangkan kesesuaian bagi setiap aspek. Kemudian, tentukan litar yang paling sesuai untuk menghasilkan output arus terus yang mantap. Beri sebab untuk pilihan anda. Explain the suitability of each aspect. Then, determine the most suitable circuit to produce a steady direct current output. Give reasons for your choice. [10 markah/ marks] Jawapan/ Answers: 4 (a) (i) Diod/Diode (ii) Semasa separuh kitar positif, diod dalam keadaan pincang depan. Arus mengalir dan melengkapkan litar. Semasa separuh kitar negatif, diod dalam keadaan pincang songsang. Arus tidak mengalir. During the positive half cycle, the diode is in a forward biased. The current flows and completes the circuit. During the negative half cycle, the diode is in a reverse biased. The current does not flow. (b) (i) VXZ = 6 V (ii) VXY = 6 V – 1 V = 5 V (iii) 1 =  1 000 RM + 1 000  6 RM = 5 000 Ω (c) 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 123 9/11/2023 2:23:53 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

124 Bahagian C 5 Diod dan transistor ialah komponen-komponen elektronik paling ringkas yang diperbuat daripada semikonduktor. Diodes and transistors are the simplest electronic components that are made of semiconductor. (a) Apakah semikonduktor? What is a semiconductor? [1 markah/ mark] (b) Rajah 5.1 menunjukkan satu litar pincang depan. Diagram 5.1 shows a forward biased circuit. Lohong Hole Elektron Electron Sel kering Dry cells Mentol Bulb Lapisan susutan Depletion layer Jenis-n n-type Jenis-p p-type Simpang p-n p-n junction Rajah 5.1/ Diagram 5.1 Berdasarkan Rajah 5.1, jelaskan apa yang akan berlaku apabila diod dalam keadaan pincang songsang. Based on Diagram 5.1, explain what will happen when the diode is in reverse biased. [4 markah/ marks] (c) Rajah 5.2 dan Rajah 5.3 menunjukkan dua litar bertransistor yang disambungkan kepada sebiji mentol. Diagram 5.2 and Diagram 5.3 show two transistor circuits connected to a bulb. n n p Mentol Bulb Litar tapak Base circuit 6 V 3 V n n p Mentol Bulb Litar tapak Base circuit 6 V 3 V Rajah 5.2/ Diagram 5.2 Rajah 5.3/ Diagram 5.3 Dengan menggunakan Rajah 5.2 dan Rajah 5.3, bandingkan sambungan terminal tapak kepada terminal sel kering, pincang bagi simpang pengeluar-tapak dan keadaan mentol. Using Diagram 5.2 and Diagram 5.3, compare the connection of base terminal to the dry cell terminal, the biased of the emitter-base junction and the condition of the bulb. Hubung kait simpang bagi pincang pengeluar-tapak dan keadaan mentol untuk membuat satu kesimpulan tentang hubungan antara arus tapak dengan pincang bagi simpang pengeluartapak. Relate the biased of emitter-base junction and the condition of the bulb to make a deduction regarding the relationship between the base current and the biased of the emitter-base junction. [5 markah/ marks] 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 124 9/11/2023 2:23:53 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

125 (d) Peralatan sistem penggera keselamatan rumah menggunakan PPC (Perintang Peka Cahaya) yang dapat mengesan masalah yang melibatkan keselamatan seperti kecurian serta ancaman keselamatan yang lain. Home security equipment uses a LDR (Light-Dependent Resistor) that can detect safety problems such as theft and other security threats. Untuk membina sistem penggera, alur laser hendaklah dipasang di sekeliling rumah seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 5.4. Penyuluh laser digunakan sebagai sumber alur laser. Jika seseorang cuba untuk melintasi alur laser berkenaan, penggera keselamatan akan diaktifkan dalam hanya beberapa saat. Lintasan alur laser dihasilkan dengan menggunakan satu penyuluh laser dan tiga cermin yang akan meliputi keseluruhan kawasan. To implement an alarm system, a laser beam should be allocated around the house as shown in Diagram 5.4. The laser torch is used as the source of a laser beam. If somebody tries to break the laser path, the alarm will be generated in a few seconds. The laser path is made with one laser torch and three mirrors that will cover the whole area. Cermin Mirror Cermin Mirror Alur laser Laser beam Penyuluh laser Laser torch Kotak dengan lubang tunggal Box with single hole PPC LDR Rajah 5.4/ Diagram 5.4 PPC itu disimpan di dalam sebuah kotak dengan satu lubang tunggal yang hanya membenarkan cahaya laser sahaja menimpa permukaannya dan bukan dari sumber cahaya lain. The LDR is stored in a box with a single hole that only allow the laser light to hit its surface and not from other light sources. Dengan bantuan rajah litar bertransistor dan konsep fizik yang sesuai, terangkan cara bagaimana litar itu boleh menghidupkan sistem penggera 240 V secara automatik apabila seseorang melintasi lintasan cahaya laser. Terangkan jawapan anda berdasarkan aspek-aspek berikut: With the aid of a suitable transistor circuit and using appropriate physics concept, explain the suitable ways to enable the transistor circuit automatically to trigger a 240 V alarm system when someone crosses the laser path. Explain your answer based on the following aspects: (i) Susunan sel kering The arrangement of dry cells (ii) Kedudukan perintang peka cahaya, PPC The position of light-dependent resistor, LDR (iii) Komponen output Output component (iv) Komponen tambahan yang digunakan untuk mengaktifkan sistem penggera secara normal Additional component used to trigger the alarm system normally (v) Keselamatan transistor Safety of the transistor [10 markah/ marks] Jawapan/ Answers: 5 (a) Bahan yang mengkonduksikan elektrik A material that conducts electricity (b) – Elektron tertarik ke terminal positif/ Electrons attracted to positive terminal – Lohong tertarik ke terminal negatif/The holes attracted to negative terminal – Tiada elektron bergerak merentasi simpang p-n/No electrons move across the p-n junction 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 125 9/11/2023 2:23:53 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

126 Modifikasi/Modification Penerangan/Explanation Terminal positif bateri disambung ke tapak The positive terminal of the battery is connected to the base Arus tapak mengalir// Litar tapak mempunyai beza keupayaan tinggi Base current flows// Base circuits have high potential difference PPC berada di bawah LDR is at below Apabila tiada cahaya (terlindung dari cahaya), beza keupayaan PPC adalah tinggi When there is no light (shielded from light), the LDR potential difference is high Siren Siren Mengeluarkan bunyi/ mengubah tenaga elektrik kepada tenaga bunyi Produces sound/ converts electrical energy to sound energy Suis geganti Relay switch Untuk menghidupkan suis sekunder yang menggunakan 240 V To turn on a secondary switch that uses 240 V Perintang tetap disambung ke litar tapak A fixed resistor is connected to the base circuit Untuk mengehadkan arus tapak To limit the base circuit Rajah 5.2/Diagram 5.2 Rajah 5.3/Diagram 5.3 Sambungan terminal tapak kepada terminal sel kering Connection of base terminal to the dry cell terminal Terminal tapak disambungkan ke terminal negatif sel kering Base terminal is connected to the negative terminal of dry cells Terminal tapak disambungkan ke terminal positif sel kering Base terminal is connected to the positive terminal of dry cells Pincang bagi simpang pengeluar-tapak Biased of the emitter-base junction Pincang songsang Reversed biased Pincang depan Forward biased Keadaan mentol Condition of the bulb Tidak menyala Does not light up Menyala Light up – Lapisan susutan menjadi lebar/The depletion layer becomes wide – Tiada arus mengalir/No current flows – Mentol tidak menyala/The bulb does not light up (c) – Apabila simpang pengeluar-tapak berada dalam keadaan pincang depan, mentol menyala// sebaliknya. When the emitter-base junction is in the forward biased state, the bulb lights up// vice versa. – Apabila simpang tapak-pengeluar berada dalam keadaan pincang depan, arus tapak mengalir// sebaliknya. When the base-emitter junction is in the forward biased state, base current flows// vice versa. (d) 240 V Suis geganti Relay switch Siren 3 V 240 V, 100 W 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 126 9/11/2023 2:23:53 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

127 Bab 6 Fizik Nuklear Nuclear Physics Tema: Fizik Moden Revisi Pantas 1 Reputan radioaktif merupakan proses apabila nukleus yang tidak stabil menjadi nukleus yang stabil dengan memancarkan sinaran radioaktif. Radioactive decay is a process in which an unstable nucleus becomes more stable by emitting radioactive radiation. 2 Proses ini berlaku secara rawak dan spontan. This process is random and spontaneous. 3 Terdapat tiga jenis sinaran radioaktif, iaitu zarah alfa (α), zarah beta (β) dan sinar gama (γ). There are three types of radioactive radiations, namely alpha particle (α), beta particle (β) and gamma ray (γ). + + α β- fi - 4 Zarah alfa ialah nukleus helium yang terdiri daripada dua proton dan dua neutron. Alpha particle is a helium nucleus which consists of two protons and two neutrons. Reputan alfa (α): Nukleus yang tidak stabil mengeluarkan satu zarah alfa untuk menjadi nukleus unsur baharu yang lebih stabil. Alpha decay (α): An unstable nucleus releases an alpha particle to become a more stable nucleus of a new element. A Z A – 4 Z – 2 4 X Y+ 2He 5 Zarah beta ialah elektron yang bergerak pantas. Beta particle is a fast-moving electron. Reputan beta (β): Satu neutron dalam nukleus yang tidak stabil terurai kepada satu proton dan satu elektron. Beta decay (β): A neutron in an unstable nucleus decomposes into one proton and one electron. A Z A Z + 1 0 X Y+ –1 e 6 Sinar gama ialah sinaran elektromagnet yang berfrekuensi tinggi. Gamma rays are high-frequency electromagnetic wave. Reputan gama (γ): Suatu nukleus radioaktif yang tidak stabil membebaskan tenaga lebihannya untuk menjadi lebih stabil. Gamma decay (γ): An unstable nucleus releases its excess energy to become more stable. 6.1 Reputan Radioaktif Radioactive Decay Zarah alfa Alpha particle Zarah beta Beta particle Sinar gama Gamma rays Reputan alfa Alpha decay Reputan beta Beta decay Reputan gama Gamma decay A Z A X YZ + γ He + Y fi ff ffl 4 2 A − 4 Z − 2 e + Y 0 −1 A Z + 1 ffl A + ZY Reputan radioaktif Radioactive decay 7 Separuh hayat ialah masa yang diambil untuk suatu sampel radioaktif mereput menjadi separuh daripada bilangan asal nukleus radioaktif. Half-life is the time taken for a sample of radioactive nuclei to decay to half of its initial number. 8 Bilangan nukleus yang belum mereput akan menjadi separuh daripada nilai asal selepas satu separuh hayat. The number of nuclei that are not decayed will be half of its initial value after one half-life. 9 Konsep separuh hayat juga boleh dinyatakan dalam bentuk siri reputan seperti yang berikut: The concept of half-life can also be expressed in the form of a decay series as follow: N0  N0 2   N0 4   N0 8  ...  1 2  n N0 1 2 T 1 2 T 1 2 T 1 2 T 1 2 T Bilangan nukleus radioaktif yang belum reput, Number of radioactive nuclei that has not decayed, N =  1 2  n N0 dengan keadaan/ where N0 = bilangan asal nukleus radioaktif the initial number of radioactive nuclei n = bilangan separuh hayat number of half-life 1 2 T = separuh hayat bahan radioaktif half-life of radioactive substances 10 Graf lengkung bagi reputan radioaktif menunjukkan apabila masa separuh hayat suatu sampel radioaktif ( 1 2 T ) semakin singkat, kadar reputannya akan semakin tinggi. The curved graph for a radioactive decay shows when the half-life of a radioactive sample ( 1 2 T ) becomes shorter, the rate of decay becomes higher. 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 127 9/11/2023 2:23:54 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

128 N N t t N0 2 N0 4 N0 N0 N0 2 N0 8 0 T 2 1 2T2 1 3T2 1 0 T 2 1 T 2 1 fi Graf lengkung bagi reputan radioaktif Curved graph for a radioactive decay 6.2 Tenaga Nuklear Nuclear Energy 1 Tenaga nuklear dikenali sebagai tenaga atom yang dibebaskan semasa tindak balas nuklear. Nuclear energy is known as atomic energy that is released during nuclear reactions. 2 Terdapat dua jenis tindak balas nuklear, iaitu pembelahan nukleus dan pelakuran nukleus. Kehilangan jisim (cacat jisim) yang berlaku semasa tindak balas nuklear menghasilkan sejumlah tenaga yang banyak. There are two types of nuclear reactions, which are nuclear fission and nuclear fusion. A loss of mass (mass defect) that occurs during the nuclear reaction produces a lot of energy. 3 Pembelahan nukleus ialah tindak balas yang berlaku apabila satu nukleus yang berat membelah menjadi dua atau lebih nukleus yang lebih ringan dengan membebaskan tenaga yang banyak. Nuclear fission is a reaction that occurs when a heavy nucleus splits into two or more lighter nuclei by releasing a large amount of energy. + Pembelahan nukleus Nuclear fission 4 Pelakuran nukleus ialah tindak balas nuklear yang berlaku apabila nukleus yang kecil dan ringan bercantum untuk membentuk satu nukleus yang berat dengan membebaskan tenaga yang banyak. Tindak balas ini memerlukan keadaan suhu dan tekanan yang amat tinggi. Nuclear fusion is a reaction that occurs when small, light nuclei fuse to form a heavy nucleus by releasing a large amount of energy. This reaction needs extremely high temperature and pressure conditions. Pelakuran nukleus Nuclear fusion 5 Persamaan untuk menunjukkan hubungan antara tenaga yang dibebaskan semasa tindak balas nuklear dengan cacat jisim ialah The equation to show the relationship between energy released during a nuclear reaction and mass defects is dengan keadaan/ where E = jumlah tenaga yang dibebaskan total energy released m = cacat jisim mass defect c = laju cahaya dalam vakum speed of light in a vacuum (3.0 × 108 m s-2) 6 Tenaga nuklear boleh dinyatakan dalam unit megaelektronvolts, MeV. Nuclear energy can be expressed in the unit of megaelectronvolts, MeV. 1 MeV = 1.6 × 10–13 J 7 Penjanaan tenaga elektrik yang berlaku dalam reaktor nuklear ditunjukkan dalam rajah di bawah. The generation of electrical energy that occurs in a nuclear reactor is shown in the digram below. Kadar reputan tinggi Higher decay rate Kadar reputan rendah Lower decay rate 14 56 Ba 92 36 Kr 236 92 U 235 92 U n n n n 4 2 He n 2 1 H 3 1 H Tenaga Energy ① Berlaku pembelahan nukleus uranium-235 dan tenaga haba dihasilkan. The fission of uranium-235 nuclei occurs and energy is produced. ② Air dipam ke dalam teras reaktor untuk menyerap tenaga haba. Water is pumped into the reactor core to absorb the heat energy. ③ Stim yang bertekanan tinggi terhasil melalui pendidihan air dan disalurkan ke turbin. A high-pressure steam is produced through boiling water and will be channeled to the turbine. ④ Turbin berputar menyebabkan magnet atau gegelung dalam penjana juga berputar. Stim akan terkondensasi menjadi air. The turbine rotates, causing the magnet or coil in the generator to rotate. The steam will condense into water. ⑤ Tenaga elektrik yang dijana akan dihantar melalui sistem penghantaran bekalan kuasa kepada pengguna. The electrical energy generated will be sent through a power supply transmission system to the consumers. 8 Di dalam reaktor nuklear, tindak balas pembelahan nukleus uranium-235 berlaku dan akan membebaskan neutron yang lebih banyak melalui pembelahan nukleus yang berterusan. Tindak balas berterusan ini dikenali sebagai tindak balas berantai. In a nuclear reactor, the fission reaction of uranium-235 nuclei occurs and will release more neutrons through continuous nuclear fission. This continuous reaction is known as a chain reaction. E = mc2 ① ② ④ ⑤ ③ Stim Steam Reaktor Reactor Pam Pump Air keluar Water out Penjana Generator Turbin Turbine 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 128 9/11/2023 2:23:55 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

129 Praktis PBD 6.1 Reputan Radioaktif/ Radioactive Decay Latihan 1 Reputan radioaktif/ Radioactive decay TP 1 Mengingat kembali pengetahuan dan kemahiran asas sains mengenai Fizik Nuklear. TP 2 Memahami Fizik Nuklear serta dapat menjelaskan kefahaman tersebut. 1 Tandakan () pada jawapan yang betul. TP 1 Tick () the correct answers. (a) Reputan alfa / Alpha decay merupakan nukleus helium yang terdiri daripada dua proton dan dua neutron. is a helium nucleus that consists of two protons and two neutrons. merupakan elektron yang bergerak pantas. is a fast-moving electron. merupakan sinaran elektromagnet yang berfrekuensi tinggi. is a high-frequency electromagnetic wave. (b) Reputan beta / Beta decay merupakan nukleus helium yang terdiri daripada dua proton dan dua neutron. is a helium nucleus that consists of two protons and two neutrons. merupakan elektron yang bergerak pantas. is a fast-moving electron. merupakan sinaran elektromagnet yang berfrekuensi tinggi. is a high-frequency electromagnetic wave. (c) Reputan gama / Gamma decay merupakan nukleus helium yang terdiri daripada dua proton dan dua neutron. is a helium nucleus that consists of two protons and two neutrons. merupakan elektron yang bergerak pantas. is a fast-moving electron. merupakan sinaran elektromagnet yang berfrekuensi tinggi. is a high-frequency electromagnetic wave. 2 Lengkapkan persamaan di bawah bagi setiap proses reputan radioaktif. TP 2 Complete the equation below for each of radioactive decay process. (a) Reputan alfa Alpha decay (i) 226 88 Ra → 222 86Rn + He 4 2 (ii) 212 84 Po → 208 82 Pb + 4 2 He (b) Reputan beta Beta decay (i) 90 38 Sr → 90 39Y + e 0 –1 (ii) 14 6 C → 14 7 N + 0 –1 e (c) Reputan gama Gamma decay (i) 62 27 Co → 62 27 Co + γ (ii) 238 92U → 234 90Pb + 4 2 He + γ 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 129 9/11/2023 2:23:55 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

130 3 Persamaan berikut menunjukkan proses reputan radioaktif bagi torium dan radium. TP 2 The following equation shows the decay process of radioactives of thorium and radium. 230 90Th → 226 88Ra + 4 2 He + tenaga/energy 226 88Ra → 226 86Rn + 4 2 He + tenaga/energy Berdasarkan persamaan di atas, lengkapkan ayat berikut. Based on the above equation, complete the following sentences. Persamaan di atas menunjukkan persamaan bagi reputan alfa . Dalam reputan alfa, nombor nukleon berkurang sebanyak 4 unit dan nombor proton berkurang sebanyak 2 unit. The equation above shows the equation in alpha decay. In alpha decay, the nucleon number decreases by 4 units and the proton number decreases by 2 units. Latihan 2 Separuh hayat/ Half-life TP 2 Memahami Fizik Nuklear serta dapat menjelaskan kefahaman tersebut. TP 3 Mengaplikasi pengetahuan mengenai Fizik Nuklear untuk menerangkan kepentingannya kepada kehidupan. 1 Lengkapkan ayat di bawah. TP 2 Complete the sentences below. Separuh hayat, T1 2 ialah masa yang diambil untuk suatu sampel radioaktif mereput menjadi separuh daripada bilangan asal nukleus radioaktif. Half-life, T1 2 is the time taken for a sample of radioactive nuclei to decay to half of its initial number. 2 Rajah di bawah menunjukkan sebuah lengkung reputan bagi satu unsur radioaktif. TP 2 The diagram below shows a decay curve of a radioactive element. Jisim (g) Mass (g) Masa (minit) Time (minute) 1 000 250 20 Berapakah nilai separuh hayat bagi unsur radioaktif berkenaan? Tandakan () pada jawapan yang betul. What is the half-life of the radioactive element? Tick () the correct answer. 10 minit 10 minutes 20 minit 20 minutes 250 minit 250 minutes 3 Separuh hayat bagi satu unsur radioaktif yang berjisim 40 g ialah 2 jam. Tentukan jisim unsur radioaktif yang tinggal selepas mereput selama 6 jam. TP 3 The half-life of a radioactive element with a mass of 40 g is 2 hours. Determine the remaining mass of the radioactive element after decay for 6 hours. 40 g 2 jam 2 hours 20 g 2 jam 2 hours 10 g 2 jam 2 hours 5 g 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 130 9/11/2023 2:23:55 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

131 4 Keaktifan awal bagi suatu bahan radioaktif ialah 320 s–1. Berapakah bilangan separuh hayat keaktifan bahan radioaktif itu untuk menjadi 10 s–1? TP 3 The initial activity of a radioactive material is 320 s–1. How many times the number of half-life of the activity of radioactive material to become 10 s–1? N =  1 2  n N0 10 =  1 2  n × 320 1 32 =  1 2  n n = 5 5 Rajah di bawah menunjukkan graf keaktifan melawan masa bagi satu unsur radioaktif. TP 3 The diagram below shows a graph of activity against time for a radioactive element. Keaktifan (bilangan per minit) Activity (counts per minute) 4 000 3 000 2 000 1 000 0 2 4 6 8 Masa (hari) Time (day) Berapakah keaktifan unsur itu selepas 10 hari? How much is its activity after 10 days? 4 000 2 hari 2 days 2 000 2 hari 2 days 1 000 2 hari 2 days 500 2 hari 2 days 250 2 hari 2 days 125 Sebanyak 125 keaktifan selepas 10 hari, iaitu 5 kali separuh hayat. 125 activities after 10 days, which is 5 times the half-life. 6.2 Tenaga Nuklear/Nuclear Energy Latihan 3 Tindak balas nuklear/ Nuclear reaction TP 1 Mengingat kembali pengetahuan dan kemahiran asas sains mengenai Fizik Nuklear. TP 2 Memahami Fizik Nuklear serta dapat menjelaskan kefahaman tersebut. TP 3 Mengaplikasi pengetahuan mengenai Fizik Nuklear untuk menerangkan kepentingannya kepada kehidupan. 1 Tulis jenis tindak balas nuklear bagi setiap persamaan di bawah. TP 1 Write the type of nuclear reaction for each of the equation below. Persamaan Equation Jenis tindak balas nuklear Types of nuclear reactions 235 92U + 1 0n → 236 92U → 144 56Ba + 89 36Kr + 3 4 2n + Tenaga / Energy Pembelahan nukleus Nuclear fission 2 1H + 3 1H → 4 2He + 1 0n + Tenaga / Energy Pelakuran nukleus Nuclear fusion (a) (b) 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 131 9/11/2023 2:23:55 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

132 2 Lengkapkan ayat di bawah. TP 2 Complete the sentences below. (a) Pembelahan nukleus ialah tindak balas nuklear yang berlaku apabila satu nukleus yang berat membelah menjadi dua atau lebih nukleus yang lebih ringan dengan membebaskan tenaga yang banyak. Nuclear fission is a nuclear reaction that occurs when a heavy nucleus splits into two or more lighter nuclei by releasing a large amount of energy . (b) Pelakuran nukleus ialah tindak balas nuklear yang berlaku apabila nukleus yang kecil dan ringan bercantum untuk membentuk satu nukleus yang berat dengan membebaskan tenaga yang banyak. Tindak balas ini memerlukan keadaan suhu dan tekanan yang amat tinggi. Nuclear fusion is a nuclear reaction that occurs when small and light nuclei combined to form a heavy nucleus by releasing a large amount of energy . This reaction needs extremely high temperature and pressure conditions. 3 Rajah di bawah menunjukkan satu pembelahan nukleus. TP 3 The diagram below shows a nuclear fission. Terangkan bagaimana tenaga nuklear dihasilkan daripada tindak balas nuklear yang ditunjukkan dalam rajah di atas . Explain how nuclear energy is produced from the nuclear reaction in the diagram above. Terdapat cacat jisim yang besar. Cacat jisim bertukar kepada tenaga. Jumlah tenaga , E = mc2 . There is a large mass defect. Defective mass turns into energy. Total energy, E = mc2 . 4 Maklumat di bawah menunjukkan persamaan bagi tindak balas pembelahan nukleus uranium-235: The information below shows the equation of the nuclear fission of uranium-235 nucleus: 235 92U + 1 0n → 141 56Ba + 92 36Kr + 3 1 0n + Tenaga / Energy Diberi unit jisim atom (u.j.a) bagi uranium-235, barium-141, kripton-92, neutron dan laju cahaya dalam vakum ialah: Given the atomic mass unit (amu) of uranium-235, barium-141, krypton-92, neutron and the speed of light in vacuum are: Uranium-235 = 235.04 u.j.a/ amu Barium-141 = 140.91 u.j.a/ amu Kripton-92/ Krypton-92 = 91.93 u.j.a/ amu Neutron = 1.01 u.j.a/ amu Kr 92 36 Ba 141 56 U 235 92 n 1 0 n 1 0 n 1 0 n 1 0 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 132 9/11/2023 2:23:55 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

133 Hitung TP 3 Calculate (a) cacat jisim dalam unit kg, the mass defect in kg, m = (236.05 – 235.87) = 0.18 u.j.a/ amu = 0.18 u.j.a × 1.66 × 10-27 kg = 2.988 × 10-28 kg (b) tenaga yang dibebaskan dalam tindak balas. energy released in the reaction. E = (2.988 × 10-28)(3 × 108 )2 = 2.6892 × 10-11 J Latihan 4 Reaktor nuklear/ Nuclear reactor TP 2 Memahami Fizik Nuklear serta dapat menjelaskan kefahaman tersebut. TP 3 Mengaplikasi pengetahuan mengenai Fizik Nuklear untuk menerangkan kepentingannya kepada kehidupan. TP 4 Menganalisis pengetahuan mengenai Fizik Nuklear dalam konteks penyelesaian masalah dan membuat keputusan dalam melaksanakan aktiviti tugasan. 1 Rajah di bawah menunjukkan tiga komponen, P, Q dan R di dalam sebuah reaktor nuklear. The diagram below shows three components P, Q and R inside a nuclear reactor. P Q R Isi tempat kosong dengan jawapan yang betul. TP 2 Fill in the blanks with the correct answers. Nama bahagian Name of the part Fungsi Function (a) P: Rod pengawal Control rod Mengawal kadar tindak balas dengan menyerap neutron yang berlebihan. Diperbuat daripada boron atau kadmium. Controls the reaction rate by absorbing excess neutrons. Made from boron or cadmium. (b) Q:Moderator Moderator Memperlahankan neutron yang dibebaskan supaya pembelahan nukleus boleh berlaku. Diperbuat daripada bahan seperti grafit atau air. Slows down the neutrons released so that nuclear fission can occur. Made from materials such as graphite or water. (c) R: Bahan api (rod uranium) Fuel (uranium rod) Digunakan sebagai bahan api untuk menghasilkan tenaga nuklear melalui tindak balas pembelahan nukleus. Used as fuel to produce nuclear energy through the nuclear fission process. 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 133 9/11/2023 2:23:55 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

134 2 Isi tempat kosong bagi proses penjanaan tenaga elektrik dalam reaktor nuklear di bawah. TP 3 Fill in the blanks for the process of generating electricity in a nuclear reactor below. Tenaga haba dibebaskan semasa pembelahan nukleus uranium-235. Heat energy is released during the nuclear fission of uranium-235. Air dipanaskan melalui teras reaktor. The water is heated through the reactor core. Pendidihan air menghasilkan stim . The boiling water produces steam . Turbin digerakkan oleh stim . The turbine is driven by steam . Turbin memutarkan magnet di dalam penjana untuk menjana elektrik . The turbine rotates a magnet inside a generator to generate electricity . Stim melalui proses kondensasi untuk menjadi air. Gas sejuk mengalir semula ke reaktor. Steam through the process of condensation into water. The cold gas flows back into the reactor. (a) (b) (c) (d) (e) (f) 3 Rajah di bawah menunjukkan tindak balas pembelahan untuk menghasilkan tenaga yang berlaku dalam reaktor nuklear ringkas. TP 4 The diagram below shows a fission reaction to produce energy that takes place in a simple nuclear reactor. Penjana Generator Stim Steam Rod boron Boron rod Teras grafit Graphite core Rod uranium Uranium rod Turbin Turbine Air Water Pam Pump Pam Pump Penjana Generator Reaktor Reactor Terangkan bagaimana tindak balas nuklear dalam reaktor boleh dikawal. KBAT Menganalisis Explain how nuclear reaction in the reactor can be controlled. Untuk mengawal tindak balas, bilangan neutron yang mengebom atom uranium mesti dikurangkan. Moderator grafit dalam reaktor memperlahankan neutron yang bergerak pantas, manakala rod boron dapat menyerap neutron. To control the reaction, the number of neutrons which bombards the uranium atoms must be reduced. Graphite moderator in the reactor slows down the fast moving neutrons while the boron rod can absorb the neutrons. 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 134 9/11/2023 2:23:56 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

135 Praktis Berformat SPM Kertas 1 1 Maklumat di bawah menunjukkan persamaan pembelahan nukleus bagi 235 92U. The information below shows the equation of nuclear fission for 235 92U. 235 92U + 1 0n → 141 56Ba + 92 36Kr + 31 0n + X Apakah X? What is X? A Zarah α/ α-particle C Tenaga/ Energy B Zarah β/ β-particle D Sinar X/ X-ray 2 Rajah 1 menunjukkan satu siri reputan radioaktif daripada uranium-238 kepada radium-226. Diagram 1 shows a series of radioactive decay from uranium-238 to radium-226. Nombor nukleon (A) Nucleon number (A) 238 234 230 226 222 87 88 89 90 91 92 Nombor proton (Z) Proton number (Z) Ra Th Pa Th U U Rajah 1/ Diagram 1 Berapakah bilangan zarah alfa dan zarah beta yang dibebaskan daripada proses ini? What is the number of alpha particles and beta particles released from this process? Bilangan zarah alfa Number of alpha particles Bilangan zarah beta Number of beta particles A 2 3 B 3 2 C 4 1 D 1 1 3 Antara yang berikut, yang manakah tidak benar mengenai reputan radioaktif? Which of the following is not true about radioactive decay? A Menghasilkan sinaran radioaktif Produces radioactive radiation B Menghasilkan nukleus yang lebih stabil Produces more stable nucleus C Berlaku secara spontan dan rawak Occurs spontaneously and randomly D Meningkatkan jisim nukleus Increases the mass of the nucleus 4 Jisim awal suatu unsur radioaktif ialah 10 g dan separuh hayatnya ialah 6 hari. Antara pernyataan berikut, yang manakah benar tentang jisim unsur radioaktif itu? The initial mass of a radioactive element is 10 g and its half-life is 6 days. Which of the following statements is true about the mass of the radioactive element? A 6 hari sebelumnya, jisimnya ialah 20 g 6 days earlier, its mass is 20 g B 12 hari sebelumnya, jisimnya ialah 80 g 12 days earlier, its mass is 80 g C 6 hari selepasnya, jisimnya ialah 2.5 g 6 days later, its mass is 2.5 g D 12 hari selepasnya, jisimnya ialah 5.0 g 12 days later, its mass is 5.0 g 5 Keaktifan sampel X menjadi 6.25% daripada nilai asal selepas 120 minit. The activity of sample X became 6.25% of the original value after 120 minutes. T1 2 T1 2 T1 2 T1 2 100% → 50% → 25% → 12.5% → 6.25% Berapakah separuh hayat sampel X? What is the half-life of sample X? A 30 minit/ minutes B 40 minit/ minutes C 60 minit/ minutes D 120 minit/ minutes 6 Persamaan berikut mewakili reputan plumbum. The following equation represents the decay of lead. 214 82Pb → 214 83Bi + 0 –1X + Y Apakah yang diwakili oleh X dan Y? What is represented by X and Y? X Y A α γ B β γ C α β D β α 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 135 9/11/2023 2:23:56 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

136 7 Separuh hayat bagi satu sampel bahan radioaktif ialah The half-life of a sample of radioactive material is the A masa untuk isi padu sampel itu menjadi separuh time for the volume of the sample to become halve B masa yang diambil untuk keaktifan sampel itu menjadi separuh daripada keaktifan asal time taken for the activity of the sample to become halve from the original activity C masa untuk nombor protonnya menjadi separuh time for its proton number to become halve D masa untuk nombor nukleonnya menjadi separuh time for its nucleon number to become halve 8 Jisim awal satu unsur radioaktif ialah 40 g dan separuh hayatnya ialah 10 hari. Antara pernyataan berikut, yang manakah adalah benar mengenai jisim unsur radioaktif itu? The initial mass of the radioactive element is 40 g and its half-life is 10 days. Which of the following statements is true about the mass of the radioactive element? I 20 hari sebelumnya, jisimnya ialah 160 g 20 days earlier, its mass is 160 g II 10 hari kemudian, jisimnya ialah 30 g 10 days later, its mass is 30 g III 20 hari kemudian, jisimnya ialah 10 g 20 days later, its mass is 10 g A I sahaja I only B II sahaja II only C I dan III I and III D II dan III II and III 9 Maklumat di bawah adalah tentang sejenis tindak balas nuklear. The information below is about a type of nuclear reaction. Jumlah tenaga yang banyak dibebaskan apabila dua nukleus yang ringan bergabung membentuk satu nukleus yang berat. A large amount of energy is released when two light nuclei combine to form a heavy nucleus. Apakah tindak balas nuklear itu? What is that nuclear reaction? A Tindak balas berantai Chain reaction B Tindak balas nuklear Nuclear reaction C Pembelahan nukleus Nuclear fission D Pelakuran nukleus Nuclear fusion 10 Apabila satu sampel radium-226 mereput, tenaga yang dibebaskan ialah 7.81 × 10-13 J. Berapakah cacat jisimnya? When a sample of radium-226 decays, the energy released is 7.81 × 10-13 J. What is its mass defect? A 8.68 × 10-30 kg B 2.60 × 10-21 kg C 3.84 × 1020 kg D 1.15 × 1029 kg 11 Antara yang berikut, yang manakah benar mengenai reaktor nuklear? Which of the following is true about a nuclear reactor? Komponen Component Fungsi Function A Rod pengawal Control rod Mengawal kadar tindak balas pelakuran nukleus Controls the reaction rate of nuclear fusion B Penyejuk Coolant Untuk mengeluarkan haba daripada reaktor nuklear To remove heat from a nuclear reactor C Teras grafit Graphite core Untuk menjadikan neutron bergerak lebih laju To make the neutrons move faster D Pelindung konkrit Concrete protector Untuk mengelakkan sinaran radioaktif dari atmosfera masuk ke dalam reaktor nuklear To prevent radioactive radiation from the atmosphere entering the nuclear reactor 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 136 9/11/2023 2:23:56 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

137 Kertas 2 Bahagian A 1 Rajah 1 menunjukkan graf keaktifan-masa bagi kalium-42. Kalium-42 memancarkan zarah beta dan digunakan sebagai penyurih untuk mengukur kandungan garam dalam badan manusia. Diagram 1 shows the activity-time graph of potassium-42. Potassium-42 emits beta particles and is used as tracer to measure the quantity of salt in the human body. Keaktifan (bilangan per saat) Activity (counts per second) Masa (jam) Time (hour) 1 600 1 200 800 400 0 5 10 15 20 25 30 Rajah 1/ Diagram 1 (a) Nyatakan satu sifat zarah beta. State one characteristic of beta particles. Bercas negatif/ Negatively charged [1 markah/ mark] (b) Berdasarkan Rajah 1, tentukan separuh hayat bagi kalium-42. Tunjukkan pada graf bagaimana anda menentukan separuh hayat bagi kalium-42. Based on Diagram 1, determine the half-life of potassium-42. Show on the graph how you determine the half-life of potassium-42. Separuh hayat bagi kalium-42: 12 jam Half-life of potassium-42: 12 hours [2 markah/ marks] (c) Berdasarkan separuh hayat itu, mengapakah kalium-42 sesuai digunakan sebagai penyurih? Based on the half-life, why is potassium-42 suitable to be used as a tracer? Separuh hayat yang pendek dan selamat/ Short half life and safe. [1 markah/ mark] (d) Hitung masa yang diambil bagi kalium-42 untuk berkurang menjadi 1 8 daripada keaktifan asalnya. Calculate the time taken for potassium-42 to reduce 1 8 of its initial activity. 1 12 jam 12 hours 1 2 12 jam 12 hours 1 4 12 jam 12 hours 1 8 12 jam / hours × 3 = 36 jam/ hours [2 markah/ marks] 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 137 9/11/2023 2:23:56 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

138 2 Rajah 2 menunjukkan satu tindak balas nuklear yang berlaku dalam sebuah reaktor nuklear untuk menjana elektrik. Diagram 2 shows a nuclear reaction occurs in a nuclear reactor to generate electricity. 1 0n + 235 92U → 140 54Xe + 94 38Sr + 2 1 0n + tenaga / energy Rajah 2/ Diagram 2 (a) Namakan tindak balas nuklear itu. Name the nuclear reaction. Pembelahan nukleus/ Nuclear fission [1 markah/ mark] (b) Berdasarkan Rajah 2, mengapakah tindak balas nuklear itu berlaku secara berterusan dan bagaimanakah tindak balas itu dapat digunakan untuk menjana elektrik? Terangkan jawapan anda. Based on Diagram 2, why does the nuclear reaction occur continuously and how it can be used to generate electricity? Explain your answer. Terdapat cacat jisim yang besar. Cacat jisim bertukar kepada tenaga. Jumlah tenaga, E = mc2 . There is a large mass defect. Mass defect turns into energy. Total energy, E = mc2 . [2 markah/ marks] (c) Diberi cacat jisim dalam tindak balas nuklear itu ialah 0.1876 u.j.a. Hitung tenaga nuklear yang dihasilkan. Given the mass defect of the nuclear reaction is 0.1876 amu. Calculate the nuclear energy produced. E = (0.1876 × 1.66 × 10-27) × (3 × 108 )2 = 2.803 × 10-11 J [2 markah/ marks] 3 Rajah 3.1 dan Rajah 3.2 menunjukkan graf reputan bagi dua sumber radioaktif yang berlainan. Diagram 3.1 and Diagram 3.2 show the decay graphs of two different radioactive sources. 80 60 40 20 0 5 10 15 20 80 60 40 20 0 10 20 30 40 Keaktifan (bilangan per saat) Activity (counter per second) Keaktifan (bilangan per saat) Activity (counter per second) Masa (tahun) Time (year) Masa (tahun) Time (year) Sumber A Source A Sumber B Source B Rajah 3.1/ Diagram 3.1 Rajah 3.2/ Diagram 3.2 (a) Apakah yang dimaksudkan dengan keradioaktifan? What is the meaning of radioactivity? Proses nukleus yang tidak stabil menjadi stabil dengan memancarkan sinaran radioaktif. A process in which an unstable nucleus becomes stable by emitting radioactive rays. [1 markah/ mark] 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 138 9/11/2023 2:23:56 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

139 (b) Berdasarkan Rajah 3.1 dan Rajah 3.2, bandingkan: Based on Diagram 3.1 and Diagram 3.2, compare: (i) keaktifan awal bagi sumber radioaktif A dan B. the initial activity of radioactive sources A and B. Keaktifan awal sumber radioaktif A dan B adalah sama. The initial activity of radioactive sources A and B is the same. [1 markah/ mark] (ii) selang masa untuk sumber radioaktif menjadi separuh. the time interval for the radioactive source to become halve. Selang masa dalam Rajah 3.2 adalah lebih panjang daripada Rajah 3.1. The time interval in Diagram 3.2 is longer than Diagram 3.1. [1 markah/ mark] (iii) kadar reputan radioaktif itu. the rate of decay of the radioactive. Kadar reputan dalam Rajah 3.1 adalah lebih tinggi daripada Rajah 3.2. The rate of decay in Diagram 3.1 is greater than Diagram 3.2. [1 markah/ mark] (c) (i) Hubung kaitkan kadar reputan radioaktif dengan selang masa untuk radioaktif menjadi separuh. Relate the rate of decay of the radioactive and the time interval for the radioactive to become halve. Semakin tinggi kadar reputan radioaktif, semakin pendek selang masa untuk radioaktif menjadi separuh. The higher the rate of decay of the radioactive, the shorter the time interval for the radioactive to become half. [1 markah/ mark] (ii) Hubung kaitkan separuh hayat dengan kadar reputan radioaktif. Relate the half-life and the rate of decay of the radioactive. Semakin tinggi kadar reputan radioaktif, semakin pendek separuh hayat. The higher the rate of decay of the radioactive, the shorter the half-life. [1 markah/ mark] (d) Uranium-238 mereput kepada torium dengan memancarkan zarah alfa. Uranium-238 decays to thorium by emitting an alpha particle. (i) Tulis persamaan nuklear yang terlibat bagi 238 92U. Write the nuclear equation involved for 238 92U. 238 92 U → 234 90 Th + 4 2He [2 markah/ marks] (ii) Apakah yang akan berlaku kepada nombor proton dan nombor neutron dalam uranium-238 selepas mengalami proses reputan? What will happen to the proton number and neutron number of uranium-238 after going through the decay process? Berkurang/ Decreases [1 markah/ mark] 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 139 9/11/2023 2:23:56 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

140 Bahagian B 4 Rajah 4.1 menunjukkan graf lengkung reputan radioaktif bagi xenon-133. Diagram 4.1 shows the curved graph of decay radioactive for xenon-133. 2 000 1 500 1 000 500 0 8 16 24 32 Keaktifan (bilangan per saat) Activity (counter per second) Masa (minit) Time (minute) Rajah 4.1/ Diagram 4.1 (a) Apakah reputan radioaktif? What is radioactive decay? [1 markah/ mark] (b) Rajah 4.2 menunjukkan sejenis tindak balas nuklear. Diagram 4.2 shows a type of nuclear reaction. (i) Namakan jenis tindak balas nuklear ini. Name this type of nuclear reaction. [1 markah/ mark] (ii) Bagaimanakah tenaga nuklear dapat dihasilkan daripada tindak balas nuklear yang ditunjukkan dalam Rajah 4.2? Jelaskan jawapan anda. How the nuclear energy is produced from the nuclear reaction shown in Diagram 4.2? Explain your answer. [3 markah/ marks] (c) Satu tindak balas nuklear diwakili oleh persamaan berikut: A nuclear reaction is represented by the following equation: 235 92U + 1 0n → 141 56Ba + 92 36Kr + 3 1 0n + tenaga / energy Jisim bagi: Mass of: 235 92U = 235.04392 u.j.a/ amu 1 0n = 1.00867 u.j.a/amu 141 56Ba = 140.9144 u.j.a/amu 92 36Kr = 91.92611 u.j.a/amu 1 u.j.a/ amu = 1.66 × 10-27 kg Berdasarkan persamaan itu, hitung: Based on the equation, calculate the: (i) cacat jisim, m dalam unit kg. mass defect, m in kg. [2 markah/ marks] (ii) tenaga yang dibebaskan. energy released. [3 markah/ marks] 235 92 U 1 0 n 1 0 n 1 0 n 1 0 n n n n 92 36 Kr 141 56 Ba Rajah 4.2/ Diagram 4.2 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 140 9/11/2023 2:23:57 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

141 (d) Rajah 4.3 menunjukkan sebuah reaktor nuklear di sebuah stesen jana kuasa nuklear. Diagram 4.3 shows the nuclear reactor at a nuclear power station. Perisai Shield Rod pengawal Control rod Rod bahan api Fuel rod Moderator Moderator Air Water Stim ke turbin Steam to turbines Gas Gas Rajah 4.3/ Diagram 4.3 Jadual 1 menunjukkan empat reka bentuk reaktor nuklear P, Q, R dan S dengan spesifikasi yang berlainan. Table 1 shows four designs of nuclear reactors P, Q, R and S with different specifications. Reka bentuk Design Jenis tindak balas Type of reaction Separuh hayat bahan api Half-life of nuclear fuel Muatan haba tentu gas Specific heat capacity of the gas Bahan perisai Material of the shield P Pelakuran nukleus Nuclear fusion Panjang Long Rendah Low Bata Brick Q Pembelahan nukleus Nuclear fission Pendek Short Tinggi High Konkrit Concrete R Pembelahan nukleus Nuclear fission Panjang Long Rendah Low Konkrit Concrete S Pelakuran nukleus Nuclear fusion Pendek Short Tinggi High Bata Brick Jadual 1/ Table 1 Anda dikehendaki menentukan reka bentuk reaktor nuklear yang paling sesuai supaya tenaga nuklear boleh digunakan dengan cekap dan selamat dalam penjanaan elektrik. Terangkan kesesuaian bagi setiap aspek. Beri sebab bagi pilihan anda. You are required to determine the most suitable nuclear reactor design so that the nuclear energy can be used efficiently and safely in electrical generation. Explain the suitability of each aspect. Give reasons for your choice. [10 markah/ marks] Jawapan/ Answers: 4 (a) Reputan radioaktif ialah proses dengan keadaaan satu nukleus yang tidak stabil menjadi stabil dengan mengeluarkan sinaran radioaktif. Radioactive decay is the process by which an unstable nucleus becomes stable by emitting radioactive radiation. (b) (i) Pembelahan nukleus Nuclear fission (ii) Terdapat cacat jisim yang besar semasa berlakunya pembelahan nukleus. Cacat jisim ini bertukar kepada tenaga nuklear. Jumlah tenaga, E = mc2 . There is a large mass defect during the occurrence of nuclear fission.This defective mass turns into nuclear energy. Total energy, E = mc2 . 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 141 9/11/2023 2:23:57 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

142 (c) (i) m = (235.04392 + 1.00867) – (140.9144 + 91.9261 + 3 × 1.00867) = 0.18602 u.j.a/ amu = 0.18602 × 1.66 × 10-27 kg = 3.088 × 10-28 kg (ii) E = mc2 = 3.088 × 10-28 × (3.0 × 108 )2 = 2.7792 × 10-11 J (d) [Apa/What, Mengapa/Why] Spesifikasi Specification Penerangan Explanation Pembelahan nukleus Nuclear fission Tindak balas boleh berlaku pada suhu yang rendah// Tindak balas berantai boleh berlaku dengan mudah Reaction can occur at lower temperatures// Chain reaction can occur easily Separuh hayat panjang Long half-life Tidak perlu ditukar dengan kerap No need to replace often Muatan haba tentu rendah Low specific heat capacity Panas dengan cepat Heats up faster Konkrit Concrete Kurang kebocoran sinaran// Penyerap sinaran yang baik Less leakage of radiation// Good absorber of radiation Pilih R kerana tindak balasnya ialah pembelahan nukleus, separuh hayat panjang, muatan haba tentu rendah dan bahan perisai ialah konkrit. Choose R because the reaction is a nuclear fission, long half-life, low specific heat capacity and the material of the shield is concrete. Bahagian C 5 Jadual 2.1 menunjukkan persamaan tindak balas dan jumlah jisim atom sebelum dan selepas tindak balas pembelahan nukleus. Table 2.1 shows the reaction equations and the total atomic mass before and after the nuclear fission reaction. Pembelahan nukleus Nuclear fission Sebelum tindak balas Before reaction Selepas tindak balas After reaction Persamaan tindak balas Reaction equation 1 0n + 239 94U 145 56Ba + 93 38Sr + 21 0n + tenaga / energy Jumlah jisim atom Total atomic mass 240.06082 u.j.a/ amu 239.85830 u.j.a/ amu Jadual 2.1/ Table 2.1 Jadual 2.2 menunjukkan persamaan tindak balas dan jumlah jisim atom sebelum dan selepas tindak balas pelakuran nukleus. Table 2.2 shows the reaction equations and the total atomic mass before and after the nuclear fusion reaction. 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 142 9/11/2023 2:23:57 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

143 Pelakuran nukleus Nuclear fusion Sebelum tindak balas Before reaction Selepas tindak balas After reaction Persamaan tindak balas Reaction equation 2 1H + 3 1H 4 2He + 1 0n + tenaga / energy Jumlah jisim atom Total atomic mass 5.03013 u.j.a/ amu 5.01043 u.j.a/ amu Jadual 2.2/ Table 2.2 (a) (i) Apakah yang dimaksudkan dengan pembelahan nukleus? What is meant by nuclear fission? [1 markah/ mark] (ii) Berdasarkan maklumat dalam Jadual 2.1 dan Jadual 2.2, bandingkan pembelahan nukleus dengan pelakuran nukleus. Seterusnya, nyatakan hubungan antara jisim dengan tenaga. Based on the information in Table 2.1 and Table 2.2, compare nuclear fission and nuclear fusion. Then, state the relationship between mass and energy. [5 markah/ marks] (b) Pembelahan nukleus menghasilkan tindak balas berantai. Bagaimanakah tindak balas berantai berlaku semasa pembelahan nukleus uranium? Terangkan jawapan anda. Nuclear fission produces a chain reaction. How a chain reaction occurs during the nuclear fission of uranium nuclei? Explain your answer. [4 markah/ marks] (c) Rajah 5 menunjukkan sebuah reaktor nuklear. Diagram 5 shows a nuclear reactor. Penjana Generator Stim Rod boron Steam Boron rod Teras grafit Graphite core Rod uranium Uranium rod Turbin Turbine Air Water Pam Pump Penjana Generator Reaktor Reactor Rajah 5/ Diagram 5 Anda dikehendaki memberi cadangan untuk mereka bentuk sebuah reaktor nuklear yang boleh menjana lebih banyak tenaga elektrik pada siang hari dengan selamat. You are required to give some suggestions to design a nuclear reactor that can generate more electricity during the day safely. Nyatakan dan terangkan cadangan anda berdasarkan aspek-aspek berikut: State and explain your suggestions based on the following aspects: (i) Jenis bahan untuk rod pengawal Type of material for the control rod (ii) Jenis bahan untuk membuat moderator Type of material to make a moderator (iii) Bahan untuk agen penyejuk Material for the cooling agent (iv) Lokasi reaktor nuklear Location of the nuclear reactor (v) Ketebalan perisai konkrit The thickness of the concrete shield [10 markah/ marks] 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 143 9/11/2023 2:23:57 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

144 Jawapan/ Answers: 5 (a) (i) Pembelahan nukleus ialah tindak balas nuklear apabila satu nukleus yang berat membelah menjadi dua atau lebih nukleus yang lebih ringan dengan membebaskan tenaga yang banyak. Nuclear fission is a nuclear reaction when a heavy nucleus splits into two or more lighter nuclei by releasing a large amount of energy. (ii) – Bilangan neutron yang dihasilkan dalam Jadual 2.1 lebih banyak daripada Jadual 2.2. The number of neutrons produced in Table 2.1 is more than in Table 2.2. – Kuantiti tenaga yang dibebaskan dalam Jadual 2.1 lebih banyak daripada Jadual 2.2 The amount of energy released in Table 2.1 is more than in Table 2.2 – Cacat jisim dalam Jadual 2.1 lebih banyak daripada Jadual 2.2 Mass defect in Table 2.1 is more than in Table 2.2 – Prinsip keabadian tenaga Conservation of energy – Semakin bertambah cacat jisim, semakin besar tenaga yang dihasilkan The bigger the mass defect, the larger the energy released (b) – Jisim uranium mesti melebihi jisim genting untuk tindak balas berantai berlaku. The mass of uranium must exceed critical mass for chain reaction to occur. – Satu neutron menghentam nukleus uranium. A neutron bombards with uranium nucleus. – Uranium membelah dan menghasilkan dua nukleus anak dan tiga neutron. Uranium is split and produces two lighter nuclei and three neutrons. – Neutron yang dihasilkan akan berlanggar dengan nukleus uranium yang lain. (c) The neutrons produced will bombard with other uranium nuclei. Modifikasi/Modification Penerangan/Explanation Jenis bahan untuk rod pengawal: Type of material for control rod: Boron Menyerap neutron berlebihan Absorb excessive neutrons Jenis bahan untuk membuat moderator: Type of material to make a moderator: Grafit/ Graphite Memperlahankan kelajuan neutron Slow down the high-speed neutron Bahan untuk agen penyejuk: Material for cooling agent: Air/ Water Muatan haba tentu tinggi High specific heat capacity Lokasi reaktor nuklear: Location of nuclear reactor: Di tepi sungai/ Near a river Mudah mendapat bekalan agen penyejuk Easy to get cooling agent supply Ketebalan perisai konkrit: The thickness of the concrete shield: Lebih tebal/ Thicker Kuat Strong 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 144 9/11/2023 2:23:57 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

145 Bab 7 Fizik Kuantum Quantum Physics Tema: Fizik Moden Revisi Pantas 1 Jasad hitam ialah suatu objek yang berupaya menyerap semua sinaran elektromagnet yang jatuh padanya dan dapat memancarkan sinaran termal bergantung pada suhunya. A black body is a body that is able to absorb all the electromagnetic radiations that fall on it and can emit thermal radiation depending on its temperature. 2 Kuantum tenaga ialah paket tenaga yang diskrit yang bergantung pada frekuensi gelombang dan bukan tenaga selanjar. Foton ialah kuantum tenaga cahaya yang boleh dipindahkan. Tenaga foton, E adalah berkadar terus dengan frekuensi gelombang cahaya, f dan dapat ditentukan dengan persamaan E = hf. Quantum energy is a discrete packet of energy which depends on the frequency of wave and not a continuous energy. Photons are quantum of light energy that can be transferred. The energy of a photon, E is directly proportional to the frequency of a light wave, f and can be determined by the equation E = hf. 3 Hipotesis de Broglie menyatakan bahawa λ = h p . Semakin besar momentum zarah, semakin pendek panjang gelombang. Hypothesis of De Broglie states that λ = h p . The greater the momentum of the particle, the shorter the wavelength. 7.2 Kesan Fotoelektrik Photoelectric Effect 1 Kesan fotoelektrik ialah pancaran elektron yang keluar daripada permukaan logam apabila permukaan logam itu disinari oleh alur cahaya yang mempunyai frekuensi tertentu. The photoelectric effect is the emission of electrons from a metal surface when the metal surface is illuminated by a beam of light at a certain frequency. 2 Frekuensi ambang, f0 ialah frekuensi minimum yang boleh menghasilkan kesan fotoelektrik pada suatu logam. The threshold frequency, f0 is the minimum frequency required to produce photoelectric effect on a metal. 3 Semakin tinggi frekuensi foton cahaya, semakin tinggi tenaga kinetik fotoelektron yang dipancarkan daripada permukaan logam. Keamatan cahaya yang bertambah tidak menghasilkan fotoelektron dengan tenaga kinetik yang tinggi. The higher the frequency of the photon of light, the higher the kinetic energy of the photoelectrons emitted from the metal surface. The increase in the light intensity does not produce photoelectrons with a higher kinetic energy. 7.3 Teori Fotoelektrik Einstein Einstein’s Photoelectric Theory 1 Fungsi keja ialah tenaga minimum yang diperlukan oleh fotoelektron untuk terlepas daripada permukaan logam. Work function is the minimum energy required by a photoelectron to be emitted from a metal surface. 2 Tenaga foton Photon energy = tenaga minimum yang diperlukan untuk membebaskan fotoelektron minimum energy required to release a photoelectron + tenaga kinetik maksimum fotoelektron maximum kinetic energy of photoelectron E = W + K maks/ max hf = W + mv2 maks/ max 7.1 Teori Kuantum Cahaya Quantum Theory of Light Untuk tujuan pembelajaran Imbas kod QR atau layari https:// www.youtube.com/live/1tv4iLR0 698?si=HbiesH6YwHvu9fk0 untuk mengetahui tentang fotoelektrik. Video Tutorial Video Tutorial 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 145 9/11/2023 2:23:57 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

146 Praktis PBD 7.1 Teori Kuantum Cahaya/Quantum Theory of Light Latihan 1 Pencetusan idea teori fizik kuantum Ideas that sparked the quantum physics theory TP 1 Mengingat kembali pengetahuan dan kemahiran asas sains mengenai Fizik Kuantum. TP 2 Memahami Fizik Kuantum serta dapat menjelaskan kefahaman tersebut. 1 Padankan penemuan ahli-ahli fizik yang berikut terhadap perkembangan teori kuantum. TP 1 Match the findings of the following physicists to the development of quantum theories. Ahli fizik Physicists Perkembangan teori kuantum The development of quantum theory (a) Thomas Young Memperkenalkan idea kuantum Introduced the idea of quantum (b) John Dalton Idea sifat kedualan gelombang-zarah The idea of the wave-particle duality (c) J.J. Thomson Menemui zarah subatom bercas negatif yang dikenali sebagai elektron Discovered negatively charged subatomic particles known as electrons (d) Max Planck Memperkenalkan konsep foton Introduced the concept of photons (e) Albert Einstein Menemui suatu jisim yang disebut atom Discovered particles called atoms (f) Louis de Broglie Menjalankan eksperimen dwicelah cahaya untuk menunjukkan cahaya bersifat gelombang Carried out a double slit experiment on light to show light is a wave 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 146 9/11/2023 2:23:57 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

147 2 Lengkapkan peta alir di bawah bagi menunjukkan pencetusan idea teori kuantum. TP 2 Complete the flow chart below to show the ideas that sparked the quantum physics theory. (a) Teori klasik yang menerangkan kelakuan cahaya sebagai gelombang dengan tenaga selanjar tidak dapat menerangkan graf keamatan sinaran melawan panjang gelombang pada julat panjang gelombang yang pendek (ultraungu). The classical theory that describes the behaviour of light as a wave with continuous energy cannot explain the graph of radiation intensity against wavelength at a short wavelength range (ultraviolet). (c) Einstein mengembangkan teori Planck dengan menyatakan bahawa cahaya wujud dalam bentuk kuantum yang dikenali sebagai foton . Einstein developed Planck’s theory by stating that light exists in the form of quantum known as photons . (b) Planck memperkenalkan idea kuantum (tenaga yang diskrit) yang dapat menjelaskan bahagian graf yang tidak dapat diterangkan dengan teori klasik. Planck introduced the idea of quantum (discrete energy) that could explain the parts of a graph that could not be explained by classical theory. (d) De Broglie memperkenalkan hipotesis bahawa zarah boleh juga menunjukkan sifat gelombang. De Broglie introduced the hypothesis that particles could also exhibit wave properties. (e) Idea Einstein dan De Broglie membawa kepada idea sifat kedualan gelombang-zarah . The idea of Einstein and De Broglie leds to the idea of wave-particle duality . Latihan 2 Kuantum tenaga/ Quantum of energy TP 2 Memahami Fizik Kuantum serta dapat menjelaskan kefahaman tersebut. TP 3 Mengaplikasi pengetahuan mengenai Fizik Kuantum untuk menerangkan kepentingannya kepada kehidupan. 1 Lengkapkan pernyataan di bawah tentang kuantum tenaga. TP 2 Complete the statements below about the quantum energy. Kuantum tenaga ialah paket-paket tenaga yang diskrit . Tenaga cahaya wujud dalam bentuk paket tenaga yang dikenali sebagai foton . Tenaga foton berkadar terus dengan frekuensi gelombang cahaya. Quantum energies are discrete packets of energy. Light energy exists in the form of energy packets known as photons . The energy of a photon is directly proportional to the frequency of a light wave. 2 Hitung tenaga foton bagi cahaya dengan panjang gelombang 400 nm. Diberi pemalar Planck, h = 6.63 × 10–34 J s dan laju cahaya, c = 3.00 × 108 m s–1. TP 3 Calculate the photon energy of light with a wavelength of 400 nm. Given the Planck constant, h = 6.63 × 10–34 J s and the speed of light, c = 3.00 × 108 m s – 1. E = hf = h  c λ  = (6.63 × 10–34)  3.00 × 108 400 × 10–9  = 4.97 × 10-19 J Peta Alir i-THINK 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 147 9/11/2023 2:23:57 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA

148 Latihan 3 Sifat kedualan gelombang zarah/ Wave-particle duality TP 2 Memahami Fizik Kuantum serta dapat menjelaskan kefahaman tersebut. Lengkapkan pernyataan di bawah. TP 2 Complete the statements below. 1 Hipotesis de Broglie menyatakan bahawa semua zarah boleh menunjukkan ciri-ciri gelombang dengan menghubungkan momentum , p (sifat zarah) dengan panjang gelombang , λ (sifat gelombang): De Broglie’s hypothesis states that all particles can exhibit wave properties by relating momentum , p (particle properties) to the wavelength , λ (wave properties): p = h λ’ p = mv mv = h λ λ = panjang gelombang / wavelength 2 Daripada rumus di atas, semakin besar momentum zarah, semakin pendek panjang gelombang de Broglie untuk dikesan. Maka, hanya zarah yang ringan seperti elektron boleh menunjukkan ciri-ciri gelombang kerana jisim zarah yang kecil akan mempunyai panjang gelombang de Broglie yang panjang untuk dikesan. From the above formula, the greater the momentum of the particle, the shorter the de Broglie wavelength to be detected. Thus, only light particles such as electrons can exhibit wave characteristics because a small particle mass will have a long de Broglie wavelength to be detected. Latihan 4 Menyelesaikan masalah bagi tenaga dan kuasa foton Problem solving for photon energy and power TP 3 Mengaplikasi pengetahuan mengenai Fizik Kuantum untuk menerangkan kepentingannya kepada kehidupan. Jawab soalan berikut. Answer the following question. 1 Bilangan foton yang terpancar daripada sebatang pen laser merah ialah 1.76 × 1020 sesaat. Pen laser merah itu mempunyai kuasa output sebanyak 50 W. Berapakah panjang gelombang cahaya tersebut? TP 3 The number of photons emitted by a red laser pen is 1.76 × 1020 per second. The red laser pen has an output power of 50 W. What is the wavelength of the light? [Diberi / Given h = 6.63 × 10–34 Js, c = 3.00 × 108 m s–1] p = nhc λ 50 = (1.76 × 1020) (6.63 × 10-34) (3.00 × 108 ) λ λ = 7.0 × 10–7 01 MA+ SPM Fizik text F5-6P.indd 148 9/11/2023 2:23:57 PM U BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI SMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKTI ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BAKIT ILMU BAKTI SDN. BHD. PENERBIT ILMU BA