RENCANA PELAKSANAAN PEMBELAJARAN TINGKAT SATUAN PENDIDIKAN : SEKOLAH MENENGAH ATAS (SMA) MATA PELAJARAN : FISIKA KELAS/ SEMESTER : XII/ I ALOKASI WAKTU : 8 × 50’ STANDAR KOMPETENSI : Menerapkan konsep kelistrikan dan kemagnetan dalam berbagai penyelesaian masalah dan produk teknologi. KOMPETENSI DASAR: 2. Menerapkan induksi magnetik dan gaya magnetik pada beberapa produk teknologi INDIKATOR A. Kognitif 1. Produk a. Menentukan besar dan arah medan magnet induksi oleh konduktor lurus. b. Menentukan besar dan arah medan magnet induksi oleh konduktor berbentuk lengkung. c. Menjelaskan prinsip kerja peralatan teknologi yang menerapkan konsep medan magnet induksi. d. Menentukan besar dan arah gaya Lorentz yang dialami berkas bermuatan listrik di dalam medan magnet. e. Menentukan besar dan arah gaya antar dua kawat berarus listrik. 1
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
RENCANA PELAKSANAAN PEMBELAJARAN
TINGKAT SATUAN PENDIDIKAN : SEKOLAH MENENGAH ATAS (SMA)MATA PELAJARAN : FISIKAKELAS/ SEMESTER : XII/ IALOKASI WAKTU : 8 × 50’STANDAR KOMPETENSI : Menerapkan konsep kelistrikan dan kemagnetan
dalam berbagai penyelesaian masalah dan produk teknologi.
KOMPETENSI DASAR:
2. Menerapkan induksi magnetik dan gaya magnetik pada beberapa produk teknologi
INDIKATOR
A. Kognitif
1. Produk
a. Menentukan besar dan arah medan magnet induksi oleh konduktor lurus.
b. Menentukan besar dan arah medan magnet induksi oleh konduktor berbentuk
lengkung.
c. Menjelaskan prinsip kerja peralatan teknologi yang menerapkan konsep medan
magnet induksi.
d. Menentukan besar dan arah gaya Lorentz yang dialami berkas bermuatan listrik di
dalam medan magnet.
e. Menentukan besar dan arah gaya antar dua kawat berarus listrik.
f. Menjelaskan prinsip kerja produk teknologi yang menerapkan konsep Gaya Lorentz.
2. Proses
a. Menganalisis pengaruh besar dan arah arus listrik, bentuk konduktor, dan jarak
terhadap besar dan arah medan magnet induksi di sekitar arus listrik.
b. Menyusun rencana kegiatan eksperimen sederhana
B. Psikomotor
1. Trampil menyusun rencana kegiatan eksperimen
1
2. Trampil melakukan kegiatan eksperimen Gaya Lorentz sesuai rencana yang telah
disusun
C. Afektif
1. Karakter
a. Hati-hati
b. Teliti
c. Jujur
d. Bertanggung jawab
e. Disiplin
f. Sabar
g. Rela berbagi
h. Demokratis
2. Kompetensi social
a. Bertanya
b. Menjawab pertanyaan
c. Menjadi pendengar yang baik
d. Memberikan tanggapan terhadap pendapat teman dan guru
e. Mengkritisi teman dan guru secara santun
TUJUAN PEMBELAJARAN
A. Kognitif
1. Produk
a. Siswa dapat menjelaskan besaran-besaran fisis yang menentukan medan magnet
induksi yang terbangkit di sekitar arus listrik.
b. Siswa dapat menentukan besar dan arah medan magnet induksi di sekitar kawat
berarus listrik melalui eksperimen sederhana secara berkelompok.
c. Siswa mampu menjelaskan besaran-besaran fisis yang menentukan besar dan arah
gaya Lorentz antar kawat berarus listrik, melalui eksperimen sederhana secara
berkelompok.
2
d. Siswa dapat menentukan besar dan arah gaya antar dua kawat berarus listrik
melalui eksperimen sederhana secara berkelompok.
e. Siswa mampu menjelaskan prinsip kerja produk teknologi yang menerapkan
konsep medan magnet induksi.
f. Siswa mampu menjelaskan prinsip kerja produk teknologi yang menerapkan
konsep Gaya Lorentz.
2. Proses
a. Diberiukan alat, bahan dan format LKS, sehingga siswa dapat merancang dan
melaksanakan kegiatan eksperimen sederhana sesuai format LKS yang diberikan.
b. Berdasarkan data-data yang diperoleh melalui kegiatan eksperimen, siswa dapat
menjelaskan besaran-besaran fisis yang mempengaruhi besar dan arah gaya
Lorentz antar dua kawat berarus listrik.
B. Psikomotor
Disediakan alat, bahan dan format LKS, siswa dapat merancang dan melakukan kegiatan
eksperimen untuk melihat pengaruh kuat arus listrik, arah arus listrik dan jarak terhadap
besar dan arah gaya antar dua kawat berarus listrik.
C. Afektif
1. Karakter:
Pada saat kegiatan pembelajaran yang berpusat pada siswa, dari pengamatan terlihat
bahwa minimal siswa mengalami kemajuan yang menunjukan karakter ketelitian,
kehati-hatian, kejujuran, kesabaran, sadar akan hak orang lain dan demokratis.
2. Ketrampilan Sosial:
Pada saat kegiatan pembelajaran yang berpusat pada siswa, dari pengamatan terlihat
bahwa minimal siswa mengalami kemajuan yang menunjukan prilaku social
bertanya, menjawab pertanyaan, menjadi pendengar yang baik, memberikan
tanggapan terhadap pendapat teman dan guru, mengkritisi teman dan guru secara
santun.
MATERI AJAR
3
A. Medan Magnet Induksi
1. Pengertian
Medan magnet adalah ruangan di sekitar kutub magnet, yang gaya tarik/tolaknya
masih dirasakan oleh magnet lain. Kuat medan magnet pada suatu ruang ditentukan
oleh kerapatan garis induksi. Dimana garis induksi merupakan garis hayal yang
bersinggungan dengan medan magnet di semua titik. Sedangkan arah medan magnet
antara dua kutup adalah dari kutup utara ke kutup selatan. Secara sederhana
diperlihatkan pada gambar berikut:
Gambar 1 Garis Induksi
Jumlah garis induksi yang menembus bidang secara tegak lurus tiap satuan luas:
(1)
Kuat medan magnet di suatu titik sebanding dengan rapat garis induksi
dan berbanding terbalik dengan permeabilitasnya.
(2)
B= rapat garis-garis induksi
= Permeabilitas zat itu.
4
Bila rapat garis induksi dalam medan yang serba sama B, maka banyaknya garis
induksi ( ) yang menembus bidang seluar A m2 dan mengapit
sudut dengan kuat medan adalah :
= B.A Sin Weber (3)
2. Medan Magnet oleh Arus Listrik
1. Medan Magnet Oleh Kawat Lurus
Terbangkitnya medan magnet di sekitar arus listrik diselidiki oleh Oersted, ahli
tersebut mengamati penyimpangan jarum kompas yang berada di dekat kawat yang
dialiri arus listrik. Arah penyimpangan jarum kompas relative terhadap arah arus dapat
ditentukan menggunakan aturan tangan kanan. Perhatikan gambar 2 berikut:
Gambar 2
Besar dan arah medan magnet induksi di sekitar penghantar listrik yang terentang
lurus diselidiki oleh dua ahli Biot dan Savart, yang dikenal dengan nama hukum Biot
Savart. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar 3 di bawah ini:
Gambar 3
Medan magnet oleh elemen penghantar sepanjang dl adalah:
5
dB = (4)
Besar induksi magnetik di titik A yang jaraknya a dari kawat sebanding dengan
kuat arus dalam kawat dan berbanding terbalik dengan jarak titik ke kawat.
B = . (5)
B dalam W/m2
I dalam Ampere
a dalam meter
Jika kawat tidak panjang, maka medan magnet induksi dapat ditentukan menggunakan
bantuan gambar 4 berikut:
Gambar 4
Medan magnet induksi pada ririk yang berjarak a dari kawat adalah:
(6)
Contoh 1:
Kabel listrik terentang lurus sepanjang 4 meter, dialiri arus listrik 4 ampere. Tentukan
arah dan kuat medan magnet yang terbangkit pada titik A yang berada pada jarak 3
meter dari salah satu ujungnya, seperti terlihat pada gambar 5.
6
A
a
θ1
r
θ2
Gambar 5
Penyelesaian:
θ1 = 900, θ2 = tan-1 (3/4) = 370
cos θ1 = 0 dan cos θ2 = 0,8.
Menurut persamaan (6), besar medan magnet induksi yang terbangkit pada titik A
adalah:
Dari gambar 5 terlihat arah arus listrik ke kanan. Menurut aturan tangan kanan arah
medan magnet pada titik A menjauhi bidang gambar.
2. Medan Magnetik di oleh Penghantar Berbentuk Lingkaran.
Gambar 6
7
l = 4m I
Perhatikan gambar 5, titik A pada sumbu kawat melingkar. Jika kawat itu
terdiri atas N lilitan, besarnya induksi magnetik di A dirumuskan :
B = . atau
B = . (7)
Arah medan magnet induksi ditentukan menggunakan aturan tangan kanan.
Medan magnet induksi di pusat kumparan, Dalam hal ini r = a dan = 900
Besar induksi magnetik di pusat lingkaran.
B = . (8)
B dalam W/m2.
I dalam ampere.
N jumlah lilitan.
a jari-jari lilitan dalam meter.
Arah medan magnetik dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan.
B. Aplikasi Medan Magnet Induksi
1. Solenoide
Solenoide adalah gulungan kawat yang di gulung seperti spiral.
Bila kedalam solenoide dialirkan arus listrik, di dalam selenoide terjadi
medan magnet dapat ditentukan dengan tangan. Perehatikan gambar 7
8
Gambar 7
Jari-jari penampang solenoide a, banyaknya lilitan N dan panjang
solenoide 1. Banyaknya lilitan pada dx adalah : atau n dx, n banyaknya
lilitan tiap satuan panjang di titik P. Bila 1 sangat besar dibandingkan dengan a,
dan p berada di tengah-tengah maka 1= 0 0 dan 2 = 180 0 Induksi magnetik di
tengah-tengah solenoide :
(9)
Bila p tepat di ujung-ujung solenoide 1= 0 0 dan 2 = 90 0
(10)
Contoh 2:
Tentukan besar dan arah medan magnet induksi pada
pertengahan sumbu solenoid yang panjangnya 20 cm, dialiri
arus listrik 4 ampere dan terdiri dari 50.000 lilitan per meter.
Penyelesaian:
Berdasarkan persamaan (9) besarnya medan magnet pada
pertengahsan sumbu solenoid adalah:
9
2. Toroida
Sebuah solenoide yang dilengkungkan sehingga sumbunya
membentuk lingkaran di sebut Toroida. Bila keliling sumbu toroida 1 dan
lilitannya rapat, maka induksi magnetik pada sumbu toroida.
(11)
n dapat diganti dengan
N banyaknya lilitan dan R jari-jari toroida.
1. Bila di dalam ruang tersebut ditempatkan benda magnetik maka benda
tersebut mengalami gaya.
2. Bila di ruang terdapat partikel/benda bermuatan, maka benda tersebut
mengalami gaya.
C. Gaya Magnetik
Muatan yang bergerak di dalam medan magnet mengalami penyimpangan atau
dibelokan gerakannya oleh medan magnet. Gejala ini yang diselidiki oleh Oersted. Gaya
yang dialami oleh muatan tersebut disebut gaya Lorentz, karena ahli inilah yang berhasil
mengukur secara cermat gaya interaksi antara arus dengan medan magnet tersebut.
besar gaya Lorentz dapat dirumuskan sebagai :
F = B I sin (12)
F = gaya Lorentz.
B = induksi magnetik medan magnet.
I = kuat arus.
= panjang kawat dalam medan magnet.
10
= sudut yang diapit I dan B.
D. Gerakan Partikel Bermuatan di dalam Medan Magnet dan Medan Listrik
1. Spektograp Massa
Sebuah spektrograp massa menerapkan konsep menggerakan partikel bermuatan
di dalam gabungan medan listrik dan medan medaan magnet. Diatur medan listrik,
medan magnet dan kecepatan partikel bermuatan saling tegak lurus satu dengan yang
lainnya. Gerakan partikel bermuatan di dalam medan tersebut juga menerapkan
hukum Newton dalam memperhitungkan resultan gaya yang bekerja pada partikel.
Massa partikel dihitung dengan menerapkan Hukum II Newton. Berdasarkan
hukum II newton, didapatkan informasi tentang massa partikel. Karena partikel
dengan massa berbeda akan mengalami percepatan berbeda di dalam medan listrik dan
medan magnet.
Bagan sebuah spektrograp massa diperlihatkan pada gambar 8:
Gambar 8Sumber: muh.burhan.students-blog.undip.ac.id
11
Berkas partikel bermuatan dari sumber S dilewatkan melalui celah S1 memasuki
daerah yang diberi medan listrik yang mengarah ke bawah, berasal dari dua keping
sejajar dan medan magnet yang arahnya menuju bidang gambar; jadi medan listrik
tegak lurus terhadap medan magnet . Gaya magnetic dan gaya elektrostatis terhadap
berkas partikel dibuat sama dan berlawanan arah sehingga, berlaku hubungan
Fe = Fm atau
Sehingga arah gerakan partikel adalah seperti terlihat pada gambar 8. Sedangkan
besar kecepatan atau laju partikel di daerah antara celah S1 dan celah S2 adalah:
(13)
Keluar dari celah S2 partikel memasuki daeran yang hanya diberi medan magnet yang
arahnya tegak lurus terhadap arah kecepatan partikel. Arah gerakan partikel ke kanan,
sedangkan arah medan magnet menuju bidang gambar, yang berakibat lintasan partikel
berbentuk lingkaran. Di dalam ruang yang berisi medan magnet ini gaya Lorentz
terhadap partikel diimbangi oleh sentripetal. Gaya sentripetal sama besar dan
berlawanan arah dengan gaya Lorentz. Sehingga berlaku hubungan:
. Dimana m adalah massa partikel, v laju yang berharga konstan, Q
muatan, dan B kuat medan magnet. Massa partikel tesebut adalah:
(14)
Laju partikel dapat disubstitusi dari persamaan (14), sehingga didapatkan massa
partikel: (15)
2. Siklotron
Aplikasi gerakan partikel bermuatan di dalam medan listrik dan medan magnet
adalah siklotron. Penampang atas dari sebuah siklotron diperlihatkan pada gambar 9:
12
Gambar 9Sumber: Departements.knox.edu
Skema medan dan dan lintasan partikel di dalam siklotron disajikan pada gambar 10:
Gambar 10Sumber: Physics.rutgers.edu
13
Perhatikan gambar 10, arah medan magnet B dari bawah ke atas, karena kutub utara
terdapat di bawah dan kutub selatan berada di atas. Medan listrk berasal dari generator
DC yang memberikan beda potensial listrik terhadap kedua keeping setengah
lingkaran. Beda potensial inilah yang membasngkitkan medang listrik dan
menggerakan partikel bermuatan dengan arah seperti diperlihatkan oleh tanda panah.
Berhubung arah gerak partikel terhadap medan magnet saling tegak lurus,
maka lintasan partikel berbentuk lingkaran. Sehingga berlaku persamaan seperti pada
spektograp massa. Dimana:
atau .
Proses Pembelajaran
A. Pertemuan Pertama
Kegiatan
Pembukaan
1. Memberikan motivasi awal kepada siswa dengan mendemonstrasikan pembuatan
medan magnet induksi. (Apersepsi)
2. Menyampaikan tujuan pembelajaran produk, proses, psikomotor, ketrampilan soaial,
dan karakter.(Invitasi)
Kegiatan Inti
1. Menyampaikan informasi tentang medan magnet induksi dilengkapi dengan contoh cara
14
menentukan medan magnet di sekitar arus listrik.
2. Menerapkan metode diskusi kelas untuk menyampaikan informasi tentang besaran-
besaran yang menentukan besar dan arah medan magnet induksi di sekitar arus listrik.
(Konfirmasi)
4. Mengelompokan siswa dalam kelompok yang terdiri dari 4 sampai 5 orang dan memberi
penjelasa agar di dalam kelompok siswa bekerjasama mengerjakan latihan soal yang
terdapat di dalam lembar kerja dan membuat penjelasan terhadap hasil analisis
kelompok terhadap satu aplikasi medan Magnet induksi di dalam industri. (Klarifikasi)
5. Siswa melakukan kerja kelompok, saling membantu, secara bergantian memberikan
masukan untuk mencapai tujuan bahwa semua anggota kelompok memahami, mengkaji
lebih dalam dengan baik solusi dari setiap tugas yang harus mereka selesaikan saat
kerja kelompok. (kolaborasi, eksplorasi, dan elaborasi)
6. Menunjuk perwakilan kelompok secara acak dan bergantian dengan kelompok lain
menyampaikan hasil diskusi kelompok mereka. Kelompok yang tidak presentasi
mencermati apa yang disampaikan dan ikut berkontribusi memberikan tanggapan.
(Klarifikasi)
Penutupan
1. Melalui penerapan metode diskusi kelas guru menuntun siswa untuk menysun resume
materi pelajaran tentang medan magnet induksi (Klarifikasi dan kolaborasi)
2. Menyampaikan materi ajar pada pertemuan berikutnya.
3. Membagikan pekerjaan rumah menganalisis minimal 1 aplikasi medan magnet induksi
pada sebuah produk teknologi.
4. Mengucapkan salam penutup.
B. Pertemuan Kedua
Kegiatan
Pembukaan
1. Melakukan Tanya jawab tentang materi pelajaran pada pertemuan sebelumnya medan
magnet induksi, cara membuat, besaran yang mempengaruhi besar dan arah medan
magnet induksi, serta aplikasinya dalam industry; serta kaitannya dengan kegiatan
pembelajaran hari ini. (Klarifikasi)
2. Menyampaikan tujuan pelajaran (Invitasi)
15
Kegiatan Inti
1. Mengorganisasikan siswa dalam kelompok kooperatif sesuai dengan pembagian yang
sama dengan pertemuan pertama.
2. Membagikan format Lembar Kerja eksperimen sederhana, set peralatan dan bahan
untuk melakukan kegiatan eksperimen medan magnet induksi. Memberikan
penjelasan target kerja kelompok dan cara mencapai tujuan kerja kelompok.
(Klarifikasi)
3. Memandu kelompok untuk merencanakan kegiatan eksperimen sederhana, secara
berkolaborasi di dalam kelompok, dengan cara mengisi format LKS yang sudah
tersedia. (Kolaborasi dan elaborasi)
4. Memantau kerja kelompok untuk melakukan eksperimen sederhana tentang medan
magnet di sekitar kawat berarus listrik. Saling berbagi tanggung jawab, memberi
kesempatan kepada teman satu kelompok, bekerja dengan sabar, teliti, dan hati-hati.
Guna memastikan tidak ada siswa yang menominasi peran atau sebaliknya tidak ikut
berpartisipasi. (Klarifikasi)
5. Membimbing siswa untuk mencatat data hasil pengamatan secara benar dan tepat.
6. Membimbing kelompok berdiskusi , saling bertukar pendapat secara adil untuk
melakukan analisis data hasil eksperimen yang telah dicatat.
7. Membimbing kelompok untuk merumuskan kesimpulan.
9. Memberikan kesempatan pada masing-masing kelompok untuk menyampaikan
kesimpulannya, secara bergantian. Kelompok yang tidak presentasi mendengarkan
dengan baik apa yang disampaikan temannya. (Klarifikasi)
10. Memberi kesempatan kepada siswa untuk kembali pada posisi tenpat duduk klasikal
dan bersiap untuk mengikuti quiz.
Penutupan
1. Memandu siswa untuk membuat resume.
2. Membagikan lembar jawaban Quiz
3. Memberikan kesempatan kepada siswa untuk mengerjakan Quiz
4. Memberikan pekerjaan rumah berupa penuntasan penyelesaian tugas laporan
kegiatan eksperimen dan menganalisis tiga contoh aplikasi medan magnet indukasi
16
dalam teknologi. (eksplorasi dan elaborasi)
5. Mengucapkan salam penutup.
C. Pertemuan Ketiga
Kegiatan
Pembukaan
1. Mengucapkan salam pembuka
2. Melakukan Tanya jawab tentang materi pelajaran sebelumnya dan kaitannya
dengan materi pelajaran hari ini. (Klarifikasi)
3. Menyampaikan tujuan pembelajaran (Invitasi)
Kegiatan Inti
1. Menyampaikan hasil penilaian kelompok pada saat kerja diskusi dan dan quiz, serta
memberi penghargaan kepada siswa dan kelompok terbaik.
2. Menyampaikan informasi tentang gaya magnetic (gaya Lorentz) dilengkapi dengan
contoh cara menentukan besar arah gaya Lorentz, melalui metode diskusi kelas.
(Kolaborasi dan Klarifikasi)
3. Menerapkan metode diskusi kelas untuk menyampaikan informasi tentang besaran-
besaran yang menentukan besar dan arah gaya Lorentz. (Klarifikasi)
4. Memberikan kesempatan kepada siswa untuk bertanya tentang materi ajar yang
belum dipahami.
5. Mengelompokan siswa dalam kelompok yang terdiri dari 4 sampai 5 orang sesuai
dengan kelompok pada pertemuan kedua, untuk bekerjasama melakukan kegiatan
eksperimen sederhana tentang gaya Lorentz.
6. Membagikan format LKS eksperimen dan set eksperimen yang dilengkapi dengan
penjelasan target kerja kelompok dan cara pencapaiannya. (Klarifikasi)
7. Siswa melakukan kerja kelompok, saling membantu, secara bergantian memberikan
masukan untuk mencapai tujuan bahwa semua anggota kelompok memahami
dengan baik merencanakan dan melakukan eksperimen sederhana tentang Gaya
Lorentz. (Kolaborasi dan elaborasi)
8. Memberikan rambu-rambu untuk menyusun laporan kegiatan eksperimen tentang
gaya Lorentz. (Invitasi)
17
7. Menunjuk perwakilan kelompok secara acak dan bergantian dengan kelompok lain
menyampaikan hasil kerja kelompok mereka. Kelompok yang tidak presentasi
mencermati apa yang disampaikan dan ikut berkontribusi memberikan tanggapan.
Penutupan
1. Melakukan diskusi kelas untuk menyusun rangkuman tentang Gaya Lorentz.
2. Memberikan tugas rumah, untuk menganalisis minimal 1 aplikasi Gaya Lorentz
dalam bidang industri. (Elaborasi)).
3. Menyampaikan rencana kegiatan pembelajaran pada pertemuan berikutnya, yaitu tes
formatif tentang medan magnet induksi dan Gaya Lorentz.
E. Pertemuan Keempat
Pembukaan
1. 1. Mengucapkan salam pembuka
2. 2. Mengkondisikan kelas supaya siswa siap mengerjakan tes formatif.
Kegiatan Inti
1. Membagikan soal formatif
2. Memberikan waktu kepada siswa untuk mengerjakan tes formatif. Sambil
mengamati siswa bekerja, untuk meyakinkan siswa bekerja secara mandiri.