FIZIK TINGKATAN 4 Bab 1 Pengenalan Kepada Fizik Disunting oleh Cikgu Desikan SMK Changkat Beruas, Perak Cikgu Khairul Anuar Dengan kolaborasi bersama SMK Seri Mahkota, Kuantan
FIZIK TINGKATAN 4 2016 Bab 1 Pengenalan Kepada Fizik Pelajar-pelajar yang dikasihi, Dengan hari yang baru, datang kekuatan dan pemikiran baru. Objektif Pembelajaran : 1. Memahami Fizik 2. Memahami kuantiti asas dan kuantiti terbitan 3. Memahami kuantiti skalar dan kuantiti vektor 4. Memahami pengukuran 5. Menganalisis penyiasatan saintifik Analisis Soalan-soalan Tahun Lepas 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 P1 3 3 3 2 3 3 4 1 P2 A - - - 1-1 - - B - - - - - - - - C - - - - - - - - P3 A - 1 1 1 - - 1 - B - - - - - - - -
Bab 1 Pengenalan Kepada Fizik Pelajar-pelajar yang dikasihi, Gagal merancang? Anda sedang merancang untuk gagal. Peta Konsep Pengenalan Kepada Fizik Konsep Fizik Kuantiti Fizik Ukuran Penyiasatan Saintifik Field of Physics Kuantiti Asas Unit Asas Kuantiti Terbitan Unit Terbitan Penghampiran Alat Pengukur Ralat Imbuhan Bentuk Piawai Kejituan Penukaran Unit Kepekaan Kepersisan
1.1 Memahami Fizik Apakah Fizik? 1. Menyiasat tindakan daya dan gerakan 2. Kajian pengaruh haba ke atas pelbagai jenis bahan 3. Menerangkan pelbagai fenomena yang disebabkan cahaya 7. Kajian struktur nuklear dan aplikasinya 6. Kajian penggunaan peranti elektronik dalam pelbagai bidang Bidang-bidang kajian Fizik 5. Mengkaji interaksi medan elektrik & magnet 4. Memahami sifat-sifat pelbagai jenis gelombang dan kegunaannya... 4
1.2 Memahami kuantiti asas dan kuantiti terbitan Kuantiti fizikal adalah ciri-ciri fizikal yang boleh diukur. Semua kuantiti fizikal boleh dibahagikan kepada dua kumpulan: 1. 2. Kuantiti asas adalah kuantiti yang tidak boleh diungkapkan dengan kuantiti asas lain. Kuantiti Asas Simbol Unit S.I. 1 Simbol Unit S.I. Kuantiti yang diperolehi dengan menggabungkan kuantiti asas melalui pendaraban, pembahagian atau keduadua operasi ini. Unitnya diterbitkan dari kombinasi unit asas melalui operasi yang sama 2 Panjang Jisim Masa Arus Suhu Kuantiti Terbitan (simbol) Ungkapan menggunakan kuantiti asas Unit Terbitan Luas, A Isipadu, V 5
Kuantiti Terbitan (simbol) Ungkapan menggunakan kuantiti asas Unit Terbitan Ketumpatan, ρ Halaju, v Pecutan, a Momentum, p Daya, F Tekanan, P Berat, W 6
Bentuk Piawai Nilai-nilai ukuran yang sama ada yang sangat besar yang sangat kecil ditulis dalam Bentuk Piawai supaya lebih kemas, ringkas dan mudah untuk dibaca. A x 10 n, 1 < A < 10 and n = integer Tuliskan kuantiti berikut dalam bentuk piawai: a. Jejari bumi = 6 370 000 m b. Jisim elektron = 0.000 000 000 000 000 911 kg c. Saiz zarah a = 0.000 03 m d. Diameter atom = 0.000 000 072 m e. Panjang gelombang cahaya = 0.000 000 55 m Imbuhan digunakan untuk memudahkan ungkapan nilai numerik kuantiti fizik yang sangat besar atau sangat kecil. Imbuhan Nilai Imbuhan Tera 1,000,000,00 0,000 Giga 1,000,000,00 0 Mega 1,000,000 Kilo 1,000 Hekto 100 Deka 10 Desi 0.1 Senti 0.01 Mili 0.001 Mikro 0.000 001 Nano 0.000 000 001 Piko 0.000 000 000 001 Bentuk Piawai Simbol 7
Latihan 3.1 Penukaran Unit Menukar setiap ukuran berikut dalam meter, m (a) 2.98 Tm (b) 298 km (c) 2.98 μm (d) 2.98 x 10-1 Gm (e) 2.98 x 10-3 Mm (f) 29.8 x 10 7 nm (g) 298 x 10 4 μm 8
Tukar a. 4 m 2 dalam unit cm 2 b. 30 cm 2 dalam unit m 2 c. 2.5 m 2 to unit of mm 2 d. 500 mm 2 dalam unit m 2 e. 200 m 3 dalam unit mm 3 f. 11.5 cm 3 dalam unit m 3 g. 72 km h -1 dalam unit ms -1 h. 5 g cm -3 dalam unit kg m -3 9
1.3 Kuantiti Skalar dan Kuantiti Vektor Kuantiti Skalar Kuantiti Vektor Contoh Jarak, s Sesaran, s Jumlah suatu laluan Jarak terpendek antara dua titik yang diukur mengikut suatu arah Kuantiti Kuantiti Kadar perubahan jarak Laju Halaju, v Kadar perubahan sesaran Laju = Halaju = Kuantiti Kuantiti 10
1.4 Pengukuran Kepersisan Kejituan Kepekaan Kepersisan ialah kebolehan suatu alat memberi bacaan yang konsisten pada setiap kali ukuran dibuat. Kejituan suatu ukuran ialah sejauh mana sesuatu nilai pengukuran sama atau menghampiri nilai sebenar atau nilai piawai. Kepekaan ialah kebolehan suatu alat bergerak balas dengan cepat terhadap kuantiti yang diukur dan seterusnya menunjukkan perubahan bacaan yang besar terhadap perubahan kuantiti yang kecil. Rajah menunjukkan keputusan untuk empat orang penembak A, B, C dan D dalam suatu kejohanan menembak. Setiap penembak menembak lima kali. Penembak Kepersisan Kejituan A B C D (Guna Tinggi / Rendah) 11
RALAT Sebarang kuantiti fizik yang diukur mempunyai atau ralat dalam nilai yang diperolehi menyebabkan nilai yang diukur berbeza daripada nilai sebenar. Ralat bersistem Disebabkan : i. keadaan instrumen pengukur ii. keadaan persekitaran Contoh i. ii. penentukuran alat pengukur yang tidak tepat Kaedah pembetulan i. penentukuran yang betul ii. pelarasan instrumen yang kerap Ralat rawak Disebabkan : i. faktor persekitaran seperti suhu dan angin ii. kecuaian pemerhati Contoh i. ralat paralaks ii. kesilapan dalam kiraan iii. perubahan persekitaran secara mengejut Kaedah pembetulan i. mengambil beberapa bacaan dan mengira nilai purata. Ralat Paralaks Ralat paralaks adalah ralat kesilapan bacaan yang dibuat akibat kedudukan mata pemerhati tidak tepat dengan skala yang dibaca. Bagaimana mengelakkan ralat paralaks? 1. kedudukan mata mesti selaras / serenjang / 90o dengan skala bacaan yang perlu diambil. 2. Apabila mengambil bacaan ammeter, kita perlu memastikan bahawa kedudukan mata adalah bersudut tepat dengan jarum penunjuk, supaya pantulan penunjuk di cermin tepat berada di belakang penunjuk. Dengan kata lain, pantulan penunjuk pada cermin itu tidak dapat dilihat oleh pemerhati itu, maka ia adalah bebas daripada ralat paralaks. 12
Ralat Paralaks Reading = 2.5 cm A B Reading = 2.6 cm C Reading = 2.7 cm 16 15 A Reading = 15.1 ml B Reading = 15.0 ml 13 1 2 3 14 C Reading = 14.9 ml Accurate reading = 2.6 cm Alat Pengukuran Kuantiti Fizik Panjang Arus Elektrik Jisim Suhu Masa Beza Keupayaan Imej jarum penunjuk boleh dilihat Imej jarum penunjuk di belakang jarum penunjuk Alat Pengukuran
Rahang Dalam mengukur diameter dalam objek Skala Vernier (in) ANGKUP VERNIER Skala Utama (in) Rahang Luar mengukur diameter luar/ ketebalan objek Skala Vernier (cm) Pengunci kunci kedudukan skala vernier Skala Utama (cm) Bilah pengukur dalam mengukur kedalaman Pengukuran Bacaan skala utama : Bacaan skala vernier : Bacaan angkup vernier : 14
0 cm 1 Skala Utama Tiada Ralat Sifar 0 5 10 Skala Vernier Ralat Sifar Negatif Ralat Sifar Positif 0 1 Skala Utama 0 1 Skala Utama Skala Vernier 0 5 10 0 5 10 Skala Vernier Senggatan keenam pada Skala Vernier segaris dengan senggatan pada Skala Utama Ralat Sifar Negatif = Senggatan keenam pada Skala Vernier segaris dengan senggatan pada Skala Utama Ralat Sifar Positif = 15
Cuba Ini!!! 1. Tuliskan bacaan ditunjukkan oleh angkup vernier dalam rajah berikut: a) 0 1 b) 0 1 0 5 10 0 5 10 c) 0 1 d) 0 1 0 5 10 0 5 10 16
ANDAS Objek yang hendak diukur diletakkan di antara rahangnya (spindal) MUKA UKURAN SPINDAL PENGUNCI LARAS Bidal diputar sehingga rahangnya menyentuh objek. BIDAL PENGANJAK HALUS/ RACHET Tombol ini menghalang objek diketat berlebihan dengan menghasilkan bunyi klik apabila mikrometer sedia untuk dibaca. BINGKAI TOLOK SKRU MIKROMETER Garis rujukan melintang Skala Utama Skala Vernier Bacaan Skala Utama = Bacaan Skala Vernier = Diameter bearing bola = 17
Tiada Ralat Sifat Garis rujukan melintang 0 10 5 0 45 40 Tanda 0 Garis rujukan melintang 0 10 5 0 45 Senggatan ke-2 di atas 0 Garis rujukan melintang 0 5 0 45 40 Senggatan ke-3 di bawah 0 Ralat Sifar Positif = Ralat Sifar Negatif = Bacaan Sebenar = Untuk memansuhkan ralat sifar *** 18
Latihan 3.4 1. Tuliskan bacaan ditunjukkan oleh tolok vernier dalam rajah berikut: a) 3 4 b) 6 7 0 5 10 0 5 10 c) 2 3 d) 1 2 0 5 10 0 5 10 2. Tuliskan bacaan ditunjukkan oleh tolok skru mikrometer dalam rajah berikut: a) b) 0 25 0 5 20 15 20 15 19
3. Rajah (a) menunjukkan bacaan tolok vernier apabila rahang ditutup rapat. 0 1 5 6 0 5 10 0 5 10 (a) (b) Rajah (b) menunjukkan skala angkup vernier sama apabila 50 keping kadbod diletakkan antara rahangnya. Tentukan ketebalan sekeping kadbod. 20
Kepekaan dan Ketepatan Alat Pengukur Ammeter Voltmeter Jam Randik Digital A V Pembaris Meter 20 30 Merkuri Bulb Turus merkuri Termometer 21
Alat Pengukur Kepekaan Ketepatan Pembaris Meter Tolok Vernier Tolok Skru Mikrometer Ammeter (0 5 A) Miliammeter (0 50 ma) Termometer (-10 ºC 110 ºC) Jam Randik Mekanikal Jam Randik Digital Miliammeter Jam Randik Mekanikal 22
1.5 Penyiasatan Saintifik Mengenal pasti masalah / soalan / situasi Mengenal pasti pemboleh ubah yang terlibat Membentuk Hipotesis Reka bentuk dan Menjalankan eksperimen Merekod dan Mempersembahkan data Menganalisis dan Mentafsir data Membuat Kesimpulan Menulis Laporan 1 2 Mengenal pasti masalah / soalan / situasi Masalah dikenal pasti dan dinyatakan dengan bertanya soalan. Masalah biasanya timbul daripada pemerhatian. Soalan yang ditanya mesti yang boleh diselesaikan melalui uji kaji. Mengenal pasti pemboleh ubah yang terlibat Pembolehubah dimanipulasi Kuantiti yang nilainya kita memilih untuk menukar atau pembolehubah utama yang menyebabkan pemboleh ubah sekunder lain berubah. Pembolehubah Bertindak balas Kuantiti yang nilainya bergantung kepada pembolehubah dimanipulasi atau pembolehubah sekunder yang berubah sebagai tindak balas kepada perubahan dalam pembolehubah dimanipulasi. Pembolehubah Dimalarkan Kuantiti yang mana nilainya dimalarkan sepanjang eksperimen. 23
3 4 Satu kenyataan umum tentang hubungan antara pemboleh ubah yang dimanipulasi dan pembolehubah bergerak balas. Hipotesis hendaklah ditulis sebagai: Semakin besar..., semakin besar... atau Semakin besar..., semakin kecil... Tujuan Kenyataan menunjukkan penyiasatan pembolehubah yang terlibat. Tujuan eksperimen hendaklah ditulis sebagai: Untuk menyiasat hubungan antara... dan... Radas Senarai radas dan bahan yang digunakan supaya sekurang-kurangnya satu set data untuk pemboleh ubah dimanipulasi dan pemboleh ubah bergerak balas boleh ditentukan. Menyatakan susunan radas yang boleh berfungsi dengan melukis gambar rajah yang dilabel. Prosedur Menyatakan kaedah mengawal pembolehubah dimanipulasi. Menyatakan kaedah mengukur pembolehubah bergerakbalas Ulangi eksperimen sekurang-kurangnya empat kali. 24
5 7 6 Apabila data yang disusun dalam jadual, ia adalah lebih mudah untuk menganalisis daripada yang dicatatkan secara rawak. Plotkan graf (Pemboleh ubah bergerak balas) terhadap (pembolehubah dimanipulasi) Bagaimana untuk menganalisis data? i. Menentukan hubungan antara dua pembolehubah. 8 Berdasarkan analisis dan tafsiran data, membuat kesimpulan yang rasional Laporan mesti ditulis selepas siasatan saintifik selesai. Laporan itu mesti terdiri daripada matlamat, pernyataan masalah, hipotesis, pemboleh ubah - pemboleh ubah, radas dan bahan, prosedur, keputusan, perbincangan dan kesimpulan. ii. Menentukan kecerunan graf 25
Hubungan antara pemboleh ubah a a a a F a 1 m a 1 m F m 0 0 0 1 m y y 0 x 0 x 26
Ulangkaji C. F D. F 1. Antara graf daya mampatan berikut, graf mana menunjukkan mampatan spring, x adalah berkadar terus dengan daya yang dikenakan, F? x x A. x B. x 3. P F F C. x D. x 10 F F 5 Q Persamaan graf di atas adalah 2. Antara graf berikut yang manakah graf yang terbaik? A) P = 10Q + 5 B) P = 2Q + 10 C) P = 2Q + 10 D) P = 5Q 10 A. F B. F x x 27
4. Jadual menunjukkan bacaan panjang rod yang direkodkan oleh dua orang pelajar, X dan Y Bacaan Pelajar X/cm Bacaan Pelajar Y/cm 2.42 2.43 2.38 2.41 2.40 2.38 2.36 2.34 a) Apakah alat pengukur yang digunakan oleh kedua-dua pelajar? b) Mengapa empat bacaan telah diambil untuk setiap pengukuran? c) Apakah nilai purata bacaan yang dibuat oleh i) pelajar X? ii) pelajar Y? d) Yang set bacaan yang mana lebih jitu? Mengapa? e) Selain daripada alat pengukur dalam (a), apakah alat pengukur lain yang boleh digunakan walaupun kurang tepat? 28
5. Beban W/N Masa untuk 10 ayunan, t/s Tempoh ayunan, T/s T 2 /s 2 W/T 2 N s -2 1.0 6.7 2.0 9.5 3.0 11.6 4.0 13.4 Jadual di atas menunjukkan data eksperimen yang diperolehi oleh seorang pelajar menggunakan sistem ayunan spring berbeban. a) Namakan pembolehubah yang dimanipulasi. b) Namakan pembolehubah yang bergerak balas c) Lengkapkan jadual di atas dengan nilai yang sepadan d) Nyatakan unit bagi kuantiti terbitan W/T 2. e) Plot graf T 2 melawan W. f) Tafsirkan bentuk graf yang telah dilukis. g) Kirakan kecerunan graf anda. h) Tulis hubungan antara beban dan tempoh ayunan. 29
0.2 0 1 30