LEMBAR KERJA PESERTA DIDIK (LKPD)
A. Judul
Percobaan Virtual Efek Foto Listrik dengan Simulasi PhET
B. Tujuan Pembelajaran
Setelah melakukan percobaan ini, peserta didik diharapkan dapat:
1. Memahami hubungan antara frekuensi cahaya dan energi kinetik maksimum elektron
yang terlepas.
2. Menjelaskan pengaruh intensitas cahaya terhadap arus foto listrik.
3. Menganalisis hubungan tegangan listrik terhadap arus dan energi elektron dalam efek
foto listrik.
4. Menentukan fungsi kerja (work function) suatu material berdasarkan hasil pengamatan.
C. Alat dan Bahan
•
Komputer atau perangkat lain dengan akses internet.
•
Simulasi PhET Photoelectric Effect
https://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/photoelectric/latest/photoelectric.html?simulati
on=photoelectric&locale=in
D. Langkah Percobaan
D.1. Menganalisis Hubungan Arus dan Tegangan dengan Intensitas Cahaya Tetap
Persiapan Simulasi:
•
Buka simulasi PhET Photoelectric Effect di perangkat Anda.
•
Pilih material target, misalnya natrium.
•
Pastikan semua grafik yang relevan diaktifkan, seperti "Arus vs Tegangan Baterai".
Atur Intensitas Cahaya:
•
Pada pengaturan Intensitas Cahaya, pilih nilai intensitas tetap (misalnya 100%).
•
Pastikan panjang gelombang cahaya berada dalam rentang yang menghasilkan efek foto
listrik (misalnya 392 nm).
Pengaturan Tegangan:
•
Atur tegangan awal pada 0 V, lalu perlahan-lahan tingkatkan tegangan menjadi positif
hingga nilai maksimum yang tersedia.
•
Catat nilai arus yang terdeteksi pada setiap perubahan tegangan.
•
Ulangi langkah ini dengan mengubah tegangan ke arah negatif hingga batas minimum
(tegangan negatif maksimum).
Pencatatan Data:
•
Catat semua nilai tegangan (positif dan negatif) beserta arus foto listrik yang terdeteksi.
•
Gunakan tabel berikut untuk mencatat data:
No
1
2
3
4
5
6
7
8
Tegangan (V)
Arus Foto Listrik (A)
Analisis Grafik:
•
Buatlah grafik "Arus vs Tegangan Baterai" pada simulasi.
•
Identifikasi nilai tegangan henti (stopping voltage), yaitu tegangan negatif di mana arus
foto listrik menjadi nol.
•
Perhatikan bagaimana arus berubah dengan tegangan positif dan negatif.
Diskusi Data:
•
Berdasarkan grafik dan data yang diperoleh, diskusikan hubungan antara tegangan dan
arus.
•
Analisis bagaimana tegangan negatif menghambat elektron dan tegangan positif
mempercepat elektron menuju elektroda penerima.
Kesimpulan:
•
Buat kesimpulan tentang hubungan antara tegangan dan arus dalam efek foto listrik
ketika intensitas cahaya tetap.
•
Jelaskan peran tegangan dalam mengatur gerakan elektron pada sirkuit foto listrik.
D.2. Menganalisis Hubungan Arus dan Intensitas Cahaya dengan Tegangan Tetap
Persiapan Simulasi:
•
Buka simulasi PhET Photoelectric Effect di perangkat Anda.
•
Pilih material target, misalnya natrium.
•
Aktifkan grafik "Arus vs Intensitas Cahaya" pada simulasi.
Atur Tegangan Tetap:
•
Pada pengaturan tegangan, pilih nilai tegangan tetap (misalnya +2 V).
•
Pastikan tegangan yang dipilih memungkinkan elektron mencapai elektroda penerima
sehingga arus dapat terdeteksi.
Atur Panjang Gelombang Cahaya:
•
Pilih panjang gelombang cahaya yang berada dalam rentang ultraviolet atau panjang
gelombang yang cukup untuk menghasilkan efek foto listrik (misalnya 392 nm).
Variasi Intensitas Cahaya:
•
Atur intensitas cahaya pada nilai minimum (misalnya 10%), lalu amati dan catat nilai
arus foto listrik yang dihasilkan.
•
Secara bertahap, tingkatkan intensitas cahaya (misalnya 25%, 50%, 75%, 100%), dan
catat nilai arus untuk setiap perubahan intensitas.
Pencatatan Data:
•
Gunakan tabel berikut untuk mencatat hasil pengamatan:
No
1
2
3
4
5
6
7
8
Analisis Grafik:
Intensitas Cahaya (%)
Arus Foto Listrik (A)
•
Buatlah grafik "Arus vs Intensitas Cahaya" pada simulasi.
•
Identifikasi pola hubungan antara intensitas cahaya dan arus foto listrik.
Diskusi Data:
•
Berdasarkan data yang diperoleh, diskusikan bagaimana intensitas cahaya
memengaruhi jumlah elektron yang dilepaskan.
•
Jelaskan apakah intensitas cahaya memengaruhi energi kinetik maksimum elektron atau
hanya memengaruhi jumlah elektron yang dilepaskan.
Kesimpulan:
•
Buat kesimpulan tentang hubungan antara intensitas cahaya dan arus foto listrik.
•
Jelaskan mekanisme di balik hubungan tersebut berdasarkan konsep efek foto listrik.
D.3. Menganalisis Hubungan Frekunsi dan Energi dengan Tegangan dan Intensitas
Cahaya Tetap
Persiapan Alat dan Simulasi
•
Akses simulasi PhET “Photoelectric Effect” melalui link PhET.
•
Pilih mode “Photoelectric Effect” yang memungkinkan pengaturan frekuensi cahaya,
tegangan, dan intensitas cahaya.
Pengaturan Tegangan dan Intensitas Cahaya
•
Atur tegangan pada detektor atau alat pengukur arus di simulasi ke suatu nilai tetap
(misalnya 1,5V).
•
Atur intensitas cahaya agar tetap konstan, sehingga hanya variabel frekuensi yang akan
dianalisis.
Pengaturan Frekuensi Cahaya
•
Ubah pengaturan frekuensi cahaya di simulasi. Pilih berbagai frekuensi cahaya yang
berbeda untuk dianalisis. Misalnya, mulai dengan frekuensi rendah dan tingkatkan
secara bertahap.
•
Perhatikan perubahan yang terjadi pada detektor dan energi foton yang datang.
Pengamatan Arus dan Energi
•
Amati perubahan arus yang terukur pada detektor saat frekuensi cahaya diubah, dengan
tegangan dan intensitas cahaya yang tetap.
•
Perhatikan juga nilai energi foton yang berhubungan dengan frekuensi cahaya.
Gunakan rumus energi foton:
𝐸 = ℎ𝑓
di mana
E adalah energi foton (J)
h adalah konstanta Planck (6.626×10−34 J⋅s)
f adalah frekuensi Cahaya (Hz)
Pencatatan Data
•
Catat data yang diperoleh, seperti:
o
Frekuensi cahaya yang digunakan
(https://javalab.org/en/photoelectric_effect_en/)
o
Energi foton yang dihitung dari frekuensi (gunakan rumus yang disebutkan di
atas)
o
•
No
1
2
3
4
5
6
7
8
Arus yang terukur pada detektor
Buat tabel yang mencatat hubungan antara frekuensi cahaya, energi foton, dan arus.
Frekuensi Cahaya (Hz)
Arus Foto Listrik (A)
Energi (J)
Analisis Hasil
•
Buatlah grafik "Frekuensi vs Energi" pada simulasi.
•
Perhatikan apakah ada ambang frekuensi tertentu di bawahnya arus tidak terdeteksi
meskipun intensitas cahaya tetap, yang menunjukkan adanya fenomena ambang
frekuensi dalam efek foto listrik.
•
Bandingkan energi foton dengan hasil arus untuk melihat bagaimana energi foton yang
lebih tinggi mempengaruhi arus yang dihasilkan.
Kesimpulan
•
Berdasarkan data yang diperoleh, tarik kesimpulan mengenai hubungan antara
frekuensi cahaya, energi foton, dan arus dalam percobaan efek foto listrik.
•
Jelaskan apakah ada hubungan yang jelas antara frekuensi dan energi foton terhadap
pengaruhnya pada arus yang dihasilkan oleh detektor, dengan tegangan dan intensitas
cahaya yang tetap.