Page 1

Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4

Tahun 2014

Bab 1 Pengenalan Kepada Fizik 1.1 Fizik Fizik

Fizik merupakan ilmu untuk mencari penerangan rasional (mengapa dan bagaimana) tentang sifat jirim, tenaga dan fenomena alam semula jadi. Antara bidang fizik ialah fizik nuklear, fizik keadaan pepejal, biofizik, elektronik, astronomi, fizik kuantum, elektrik dan lain-lain. Tujuan anda mempelajari fizik ialah untuk menjawab persoalan-persoalan seperti: 1. Bagaimana sebuah kapal terbang boleh terangkat? 2. Bagaimana sebuah kapal kargo boleh terapung? 3. Bagaimana terbentuknya pelangi? 4. Bagaimana telefon bimbit berfungsi? 5. Bagaimana arus elektrik dihasilkan? 6. Mengapa sudu kelihatan bengkok di dalam segelas air? 7. Mengapa basikal bergerak laju semasa menuruni bukit? 8. Mengapa kipas masih terus berpusing selepas dimatikan?

Kuantiti Fizik

Kuantiti fizik ialah kuantiti boleh diukur. Contohnya, kuantiti laju, berat, panjang, suhu dan sebagainya. Kuantiti Fizik boleh dibahagikan kepada dua iaitu Kuantiti Asas dan Kuantiti Terbitan. Sistem unit SI digunakan dalam pengukuran kuantiti-kuantiti fizik. Contohnya kuantiti jisim diukur menggunakan unit SI kilogram dan masa diukur dalam unit saat. Sistem Unit Antarabangsa atau Unit SI (SI dipendekkan dari nama bahasa Perancis, Système international d'unitÊs) merupakan sejenis sistem metrik. Ia adalah sistem unit yang digunakan oleh semua orang di dunia dalam sains dan perdagangan. Sistem SI diselenggarakan oleh 3 badan, iaitu Biro Timbangan dan Ukuran Antarabangsa (BIPM), Persidangan Am Timbangan dan Ukuran (CGPM) serta Jawatankuasa Timbangan dan Ukuran Antarabangsa (CIPM).

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan

1


Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4

Tahun 2014

1.2 Kuantiti Asas dan Kuantiti Terbitan Kuantiti Asas Kuantiti Asas ialah kuantiti fizik yang tidak dapat ditakrifkan(diterbitkan) dalam sebutan kuantiti-kuantiti fizik yang lain atau tidak dapat diperolehi daripada gabungan dua kuantiti fizik yang lain secara operasi matematik. Terdapat lima kuantiti asas: Kuantiti Asas & Simbol Kuantiti Panjang, l Jisim, m Masa, t Arus elektrik, I Suhu, T s

Unit S.I

Simbol Unit SI

Contoh alat pengukuran

meter kilogram saat ampere kelvin

Kuantiti Terbitan Kuantiti Terbitan ialah kuantiti fizik yang boleh diterbitkan daripada kuantiti-kuantiti asas melalui operasi darab atau bahagi atau kedua-duanya. Contoh kuantiti terbitan ialah Luas, Isi padu, Laju, Ketumpatan dan sebagainya. Kuantiti Terbitan & Simbol Kuantiti Luas, A

Dalam Sebutan Kuantitikuantiti Asas

Unit Terbitan

Simbol Unit Terbitan

Panjang ď‚´ panjang

meter persegi

m2

Isi padu, V Laju, v Pecutan, a Ketumpatan, ď ˛ Kita akan menemui dan mempelajari banyak lagi kuantiti-kuantiti terbitan dalam babbab seterusnya. Gambarfoto

Berikan contoh-contoh kuantiti asas dan kuantiti terbitan yang terdapat dalam gambarfoto tersebut. ...................................................................... ...................................................................... ..................................................................... ..................................................................... ......................................................................

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan

2


Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4

Tahun 2014

Latihan 1.1 Fizik 1. Manakah daripada yang berikut bukan kuantiti asas? A Panjang B Berat C Arus elektrik D Masa

2. Manakah antara berikut adalah bukan unit asas? A Celsius B Ampere C Kilogram D Saat

3. Unit asas bagi jisim adalah A Miligram B Gram C Kilogram D Mikrogram

4. Di antara kuantiti terbitan berikut yang manakah merupakan gabungan suatu kuantiti asas sahaja? A Daya B Isi padu C Pecutan D Kerja

5. Nyatakan kuantiti terbitan berikut dalam sebutan kuantiti-kuantiti asas. Isi paduS Luas

Ketumpatan

Laju

Pecutan

Momentum

Daya

Tekanan

6. Jika suatu kuantiti fizik diberi oleh rumus 2 M=他ed di mana e unitnya kilogram manakala d unitnya meter, maka unit bagi M ialah

7. Tempoh ayunan bagi sebuah neraca inersia diberi oleh hubungan; 2 T = km di mana T = tempoh dan unitnya s, m = jisim dan unitnya kg dan k =pemalar, maka unit bagi k ialah

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan

3


Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4 Bentuk Piawai

Tahun 2014

Kita boleh meringkaskan nilai yang terlalu besar atau terlalu kecil dalam bentuk piawai. Contoh : Jejari bumi adalah 6400000000 mm manakala diameter satu dawai logam adalah 0.00000045 km. Bentuk piawai pada amnya ialah

a x 10n di mana 1 ď&#x201A;Ł a <10 dan n ialah integer positif atau negatif Contoh penulisan bentuk piawai: (a) Nilai Jejari bumi: 6400000000 mm

(b) Nilai diameter satu dawai logam: 0.00000045 km

Contoh: Tukarkan nilai-nilai berikut kepada bentuk piawai (a) 0.00008 m (b) 5300 g (c) 0.0068 cm (d) 567.13 km (e) 345.2 x 104 m (f) 0.000078 x 10-6 s (g) 7 x 10-5 x 8 x 106

(h) 3 x 108 + 8 x 106

(i) 3.8 x 10-2 - 7.2 x 10-3

(j)

6.2 ď&#x201A;´ 10 9 3.4 ď&#x201A;´ 10 3

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan

4


Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4

Tahun 2014

Unit Pengukuran Unit ialah ukuran piawai yang ditentukan untuk ukuran suatu kuantiti fizik. Unit digunakan untuk membandingkan saiz atau ukuran di antara kuantiti-kuantiti fizik yang sama. Unit perlu diselaraskan kerana (a) Memudahkan perhubungan atau komunikasi antarabangsa terutama dalam bidang Sains dan Perdagangan. (b) Meningkatkan kecekapan proses pertukaran maklumat terutama pengetahuan sains dan teknologi. (c) Mempermudahkan proses menganalisis data. (d) Data atau maklumat terkumpul boleh dapat digunakan oleh ahli sains negara lain. (e) Kertas kerja saintifik yang dikemukakan oleh seseorang saintis dapat difahami dan diaplikasikan. Imbuhan Unit

Apabila kita mengukur panjang, kita boleh menyatakan nilainya dalam unit kilometer, centimeter dan sebagainya. Kilo- , centi- merupakan imbuhan unit yang mempunyai nilai-nilai tertentu seperti yang terdapat pada jadual berikut: Imbuhan

Simbol Imbuhan

Tera

T

Giga

G

Mega

M

kilo

k

desi

d

centi

c

mili

m

mikro

ď ­

nano

n

piko

p

Nilai

a Contoh: Tuliskan nilai kuantiti fizik berikut dengan unit berimbuhan secara ringkas. (1) 100 kilometer

= .......................

(4) 0.015 kilometer/jam = ....................

(2) 300 Teragram

= ......................

(5) 80 Gigagram/meter padu = ...................

(3) 0.5 mikroampere = .......................

(6) 70 pikometer/ saat = .......................

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan

5


Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4

Tahun 2014

Penukaran Unit Penukaran unit berimbuhan kepada unit tanpa imbuhan Contoh 1:

Contoh 2:

500 km = ........................... m

1000 mg = ...................................... g

Penyelesaian:

Penyelesaian:

500 km = 500 

m

= ...........................

Nilai imbuhan kilo

1000 mg = 1000 

g

= ...........................

Nilai imbuhan mili

Latihan (1) 1.25 mm = ...................

(2) 3.88 ns = ........................

(3) 6.22 Mg = .....................

(4) 0.00057 kK = .........................

(5) 9560 A = ....................

(6) 3.5  104 pm = .......................

(7) 0.0045  10-3 Tg = ..........................

(8) 530 dm = ...........................

(9) 0.15 Gm = .............................

(10) 0.000585 cA = ..............................

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan

6


Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4

Tahun 2014

Penukaran unit tanpa imbuhan kepada unit berimbuhan Contoh 1:

Contoh 2:

1000 m = ........................... cm

100 g = ...................................... kg

Penyelesaian:

Penyelesaian:

1000 m = 1000 

cm

= ...........................

Nilai imbuhan centi

100 g = 100 

kg

= ...........................

Nilai imbuhan kilo

Latihan (1) 0.5 A = ................... A

(2) 3600 s = ........................ ms

(3) 1000 g = ..................... kg

(4) 237 K = ......................... TK

(5) 6.22  10-6 A = .................... kA

(6) 3.142 s = ....................... ps

(7) 0.057  10-3 g = .......................... Mg

(8) 500 K = ........................... dK

(9) 900  103 m = ............................. Gm

(10) 0.00415 A = .............................. cA

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan

7


Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4

Tahun 2014

Penukaran unit berimbuhan kepada unit berimbuhan yang lain Langkah penyelesaian:

Contoh 1: 1000 nm = ........................... km

nm Penyelesaian:

Nilai imbuhan nano

1000 nm = 1000  10 m  10 km -9

3

m

km

Nilai imbuhan kilo

1000  10 -9 km = 10 3 = 1  10-9 km

Contoh 2: 100 Mg = ...................................... ng Penyelesaian:

Latihan (1) 4.33 ms = ................... ns

(2) 1.23 Gs = ........................ ds

(3) 150 mg = ..................... Tg

(4) 3.4 K = ......................... MK

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan

8


Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4

Tahun 2014

Penukaran unit bagi nilai kuantiti terbitan Contoh 1:

Idea penyelesaian:

Luas = 350 km2  m2 = 350  km  km = 350  103 m  103 m = 350  106 m  m = 3.5  108 m2

km2 = km  km Gantikan k dengan nilai imbuhan kilo:

Contoh 2:

Idea penyelesaian:

Isi padu = 500 m3  dm3

m3 = m  m  m

= 500 m  m  m

dm dm dm   d d d dm dm dm   = 500  10-1 10-1 10-1 500  dm  dm  dm = 10- 3 = 500 

3 = 10

3 m  10

m

dm dm dm   d d d Gantikan d di bawah dengan nilai imbuhan desi: dm dm dm   = 10-1 10-1 10-1 =

= 5.0 105 dm3 Contoh 3: Laju = 7200 km/j  m/s  

Idea penyelesaian: km m  s j

7200 km 

1j 7200  10 3 m (1  60  60) s

7200  10 3 m

3600 s  2000 m/s

1km 1j

1  103 m (1 60  60) s 1  103 m 3600 s

Contoh 4:

Idea penyelesaian:

Ketumpatan = 123 kg/m3  g/cm3

kg g  3 m cm 3

= 1500

kg m3

Gantikan k dengan nilai imbuhan kilo: 3

= 150  = 150 

10 g 100 cm  100 cm  100 cm 10 3 g

=

10 6 cm 3

Gantikan 1 m kepada 100 cm

= 1.50 10 g/cm -1

3

10 3 g m m m

103 g = 100 cm  100 cm  100 cm

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan

9


Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4

Tahun 2014

Latihan (1) 250 cm2 = ................... m2

(2) 4.8 m2 = ........................ km2

(3) 150 mm3 = ..................... m3

(4) 65 km/j = ......................... m/s

(5) 1000 g/cm3 = ....................... kg/m3

(6) 2.5 m/s = ............................. km/j

(7) 0.046 kg/m3 = ............................ g/cm3

(8) 6.51 Nm-2 = ...................... Ncm-2

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan

10


Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4

Tahun 2014

1.3 Kuantiti Skalar dan Kuantiti Vektor Kuantiti Skalar Kuantiti skalar ialah kuantiti fizikal yang mempunyai magnitud sahaja.

Kuantiti Vektor Kuantiti vektor ialah kuantiti fizikal yang mempunyai magnitud dan arah.

Contoh: Jisim, ketumpatan dan masa

Contoh: Halaju, daya dan berat

Baca pernyataan-pernyataan berikut, kemudian tentukan sama ada mempunyai arah dan magnitud seterusnya tentukan jenis kuantiti fizikal tersebut. Pernyataan Magnitud Arah Jenis kuantiti (1) Kereta Ferrari itu bergerak dengan laju 300 km/j. (2) Keretapi bergerak dengan halaju 130 km/j dari stesen keretapi JB ke stesen keretapi Gemas. (3) Ketumpatan air laut ialah 1025 kg m-3. (4) Sarah berjalan sejauh 500 m. (5) Mei Ling mencatat masa 25.50s dalam acara 200 m. (6) Kuasa mentol itu 25 Watt. (7) Suhu bilik makmal fizik mencapai 32ď&#x201A;° C semasa cuaca panas. (8) Berat Siva ialah 450 N. (9) Sebuah kapal terbang Boeing memecut 25 ms-2 semasa berlepas dari lapangan tebang KLIA. (10) Kem Batu 10 terletak sejauh 15 km dari Bandar Kuantan. (11) Hadlaju di Lebuhraya Pantai Timur ialah 110km/j.

Berikan contoh-contoh kuantiti skalar dan kuantiti vektor. Kuantiti Skalar Kuantiti Vektor

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan

11


Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4

Tahun 2014

1.4 Pengukuran Pengukuran kuantiti fizik

Contoh kesilapan memilih alat pengukur: Penimbang elektronik itu menunjukkan bacaan 0.0 g bagi jisim sehelai kertas tisu.

Pengukuran suatu kuantiti fizik memerlukan alat pengukuran yang sesuai.

Kesesuaian alat pengukur yang digunakan bergantung kepada magnitud sesuatu kuantiti fizik yang diukur.

Magnitud sesuatu kuantiti fizik tidak boleh melebihi had keupayaan sesebuah alat pengukur.

Selain itu, kepekaan sesuatu alat pengukur juga perlu diambil kira dalam membuat pemilihan alat pengukur bagi sesuatu kuantiti fizik.

Contoh: Pembaris meter sesuai digunakan untuk mengukur panjang sebuah buku tetapi tidak sesuai digunakan untuk mengukur panjang bangunan.

Aktiviti perbincangan: Tentukan alat pengukur yang sesuai bagi kuantiti fizik berikut. Kuantiti fizik (1) Panjang buku teks

Alat pengukur

(2) Panjang meja makmal (3) Diameter duit syiling 10 sen (4) Ketebalan duit syiling 50 sen (5) Jarak lontaran dalam acara lontar peluru (6) Jisim sebuah buku tulis (7) Isi padu secawan air minuman (8) Catatan masa untuk acara larian 200 m (9) Suhu pesakit demam panas (10) Suhu air mendidih (11) Arus elektrik yang mengalir dalam satu litar lengkap.

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan

12


Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4

Tahun 2014

Kejituan, kepersisan dan kepekaan Pendahuluan  Ukuran yang tepat 100% tidak pernah diperolehi. Ukuran merupakan nilai perbandingan di antara suatu objek yang hendak diukur dengan skala piawai/ teori.  Semua ukuran merupakan nilai anggaran sahaja. Oleh itu apabila membuat ukuran kita mestilah mengetahui kepersisan, kepekaan dan kejituan alat. Maksud Kejituan  Kejituan suatu ukuran ialah sejauh mana sesuatu nilai pengukuran sama atau menghampiri nilai sebenar atau nilai piawai.  Nilai sebenar sesuatu kuantiti fizik merupakan nilai yang diterima oleh ahli-ahli sains sebagai pengukuran terbaik yang boleh diperolehi.  Kejituan sesuatu pengukuran dapat ditambah dengan: (a) Menggunakan alat pengukuran yang lebih peka. (b) Mengambil beberapa bacaan berulang (c) Mengelakkan ralat bersistem dan ralat rawak (d) Mengendalikan alat pengukuran dengan betul (e) Mengambil bacaan dengan teliti Maksud Kepersisan Kepersisan ialah kebolehan suatu alat memberi bacaan yang konsisten pada setiap kali ukuran dibuat.  Contoh: 4 set bacaan masa yang diukur menggunakan jam randik. Masa yang diambil untuk 20 ayunan lengkap, t /s

t1

t2

t3

t4

38.0

37.8

38.2

38.0

a Aktiviti perbincangan: Rajah di sebelah merupakan hasil tembakan empat peserta A, B, C dan D. Tentukan tahap kepersisan dan kejituan tembakan mereka. Lengkapkan jadual di bawah dengan menggunakan perkataan ‘tinggi’, ‘sederhana’ dan ‘rendah’. Peserta

Kepersisan

Kejituan

A B C D

a

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan

13


Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4

Tahun 2014

Pengertian Kepekaan ď&#x201A;ˇ 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. ď&#x201A;ˇ Kepekaan suatu alat juga bergantung kepada pembahagian skala terkecil, iaitu jika pembahagian skala terkecil adalah sangat kecil, maka alat itu lebih peka. Contoh: Pembaris A

Pembaris B

Pembaris A lebih peka berbanding pembaris B. Contoh lain seperti angkup vernier adalah lebih peka daripada pembaris meter, kerana pembahagian skala terkecilnya adalah lebih kecil. Angkup vernier pula dikatakan kurang peka jika dibandingkan dengan tolok skru mikrometer.

Angkup vernier

Tolok skru mikrometer

ď&#x201A;ˇ

Miliammeter lebih peka daripada sebuah ammeter.

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan

14


Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4

Tahun 2014

Ralat bersistem dan ralat rawak

Pendahuluan: Sebarang kuantiti fizik yang diukur mempunyai ketakpastian atau ralat dalam nilai yang diperolehi menyebabkan nilai yang diukur berbeza daripada nilai sebenar. Ralat pada amnya terbahagi kepada dua jenis iaitu ralat bersistem dan ralat rawak. Ralat bersistem

Bacaan alat yang mempunyai ralat bersistem

Ralat bersistem ialah ketidakpastian dalam pengukuran disebabkan oleh (i) alat (ii) pemerhati (iii) persekitaran.

Ralat bersistem yang disebabkan oleh alat ialah seperti ralat sifar dan ketidaksempurnaan alat.

Ralat sifar ialah bacaan yang bukan sifar apabila bacaan sebenar adalah sifar.

Ketidaksempurnaan alat di mana semasa ditentukur di kilang keadaan fizik seperti suhu, tekanan dan sebagainya mungkin berbeza apabila alat itu digunakan di luar.

Contohnya panjang pembaris atau angkup vernier mungkin berubah dengan suhu manakala jam randik mungkin cepat atau menjadi lambat.

Ralat bersistem yang disebabkan oleh pemerhati contohnya adalah masa tindakbalas, kecacatan disebabkan oleh rabun jauh atau rabun dekat.

Masa tindak balas ialah sela masa masa seseorang memulakan tombol jam 'mula' dengan masa sesuatu kuantiti mula dikira.

Ralat bersistem yang disebabkan oleh persekitaran ialah membuat anggapan yang salah mengenai sesuatu kuantiti. Contohnya menganggap nilai pecutan graviti sebagai 9.81 ms-2 pada semua tempat.

Ralat bersistem tidak dapat dihapuskan dengan mengambil min bacaan (purata).

Ralat bersistem boleh dikurangkan dengan merekabentuk dan menjalankan eksperimen dengan cermat dan mengulangi eksperimen dengan menggunakan alat-alat yang berlainan. Contohya semak bacaan sifar angkup vernier atau semak masa yang diambil oleh jam randik dengan jam yang lain.

A

Ralat sifar pada ammeter

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan

15


Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4 Ralat rawak

Ralat rawak ialah ketidakpastian disebabkan oleh pemerhati semasa membuat pengukuran.

Ralak rawak disebabkan pemerhati: (a) salah membaca sesuatu skala (b) salah membilang ayunan (c) Ralat paralaks (d) Memberi tekanan berlainan setiap kali rahang mikrometer ditutup (e) Perubahan suhu menyebabkan bacaan diambil adalah lebih besar atau lebih kecil daripada nilai sebenar.

Ralat paralaks adalah ralat kesilapan bacaan yang dibuat akibat kedudukan mata pemerhati tidak tepat dengan skala yang dibaca.

Ralak rawak boleh dikurangkan dengan mengulangi bacaan dan kemudian menentukan min (purata) bacaan.

Bacaan alat yang mempunyai ralat rawak

Ralat paralaks disebabkan kesilapan kedudukan mata pemerhati

Tahun 2014

Alat pengukuran yang digunakan dalam kehidupan harian Jam randik : Mengukur kuantiti masa Terdapat 2 jenis jam randik (stopwatch) iaitu jam randik digital dan jam randik analog.

Cara mengambil bacaan jam randik analog: (1) Skala luar menunjukkan bacaan bagi unit saat. (2) Skala dalam menunjukkan bacaan bagi unit minit. (3) Skala terkecil jam randik ialah: ....................... (4) Kepekaan jam randik ialah : ............... (5) Kejituan jam randik ialah : ..................

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan

16


Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4

Tahun 2014

Pembaris meter : Mengukur kuantiti panjang

(1) Julat bacaan bagi pembaris meter ialah

: .........................

(2) Skala terkecil pembaris meter ialah

: ........................

(3) Kepekaan pembaris meter ialah

: ........................

(4) Kejituan pembaris meter ialah

: ........................

Angkup Vernier : Mengukur kuantiti panjang (1) Angkur vernier digunakan untuk Ekor mengukur diameter dalam, diameter (Mengukur luar dan kedalaman bekas. kedalaman bekas) (2) Skala terkecil angkup vernier ialah :

Rahang dalam (Mengukur diameter dalam)

................... (3) Kepekaan angkup vernier ialah : ................... (4) Kejituan angkup vernier ialah :

Rahang luar (Mengukur diameter luar)

...................

Cara mengambil bacaan angkup vernier : Skala utama cm

Skala vernier

Bacaan skala utama

: ......................

Bacaan skala vernier

: ......................

Garis skala utama sebelum tanda ‘0’ pada skala vernier

Bacaan angkup vernier : ...................... Tanda ‘0’

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan

Garis skala vernier yang selari dengan garis skala utama

17


Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4

Tahun 2014

Ralat sifar pada angkup vernier Ralat sifar positif Ralat sifar negatif

Nilai ralat sifar = .......................

Nilai ralat sifar = .......................

Bacaan sebenar = Bacaan angkup vernier â&#x20AC;&#x201C; Bacaan ralat sifar

Latihan : Mengukur menggunakan angkup vernier (1)

Bacaan skala utama

: ......................

Bacaan skala vernier

: ......................

Bacaan angkup vernier : ...................... (2)

Bacaan skala utama

: ......................

Bacaan skala vernier

: ......................

Bacaan angkup vernier : ......................

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan

18


Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4

Tahun 2014

(3)

Bacaan skala utama

: ......................

Bacaan skala vernier

: ......................

Bacaan angkup vernier : ...................... (5)

Bacaan skala utama

: ......................

Bacaan skala vernier

: ......................

Bacaan angkup vernier : ...................... (6)

Bacaan skala utama

: ......................

Bacaan skala vernier

: ......................

Bacaan angkup vernier : ......................

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan

19


Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4

Tahun 2014

(a) Tentukan ralat sifar angkup vernier tersebut.

(7)

........................................................ (b) Tentukan bacaan angkup vernier dalam (b). ........................................................ (a) Apabila rahang dirapatkan

(c) Tentukan bacaan sebenar diameter luar tabung uji tersebut. ........................................................ ........................................................

(b) Apabila mengukur diameter luar tabung uji (8)

(a) Tentukan ralat sifar angkup vernier tersebut. ........................................................ (b) Tentukan bacaan angkup vernier dalam (b). ........................................................ (a) Apabila rahang dirapatkan

(c) Tentukan bacaan sebenar ketebalan papan tersebut. ........................................................ ........................................................

(b) Apabila mengukur ketebalan papan.

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan

20


Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4

Anvil

Tahun 2014

Tolok Skru Mikrometer : Mengukur kuantiti panjang (1) Tolok skru mikrometer digunakan untuk mengukur, ketebalan objek kecil dan Bidal Skala diameter objek yang kecil. utama Spindal (2) Ia mempunyai kepekaan dan kejituan yang lebih baik berbanding angkup vernier. Racet

Skala vernier

mm

(3) Apabila diletak objek, rahang ditutup dengan memutarkan bidal. Apabila rahang hampir rapat dengan objek, putarkan racet sehingga bunyi 'tik' yang pertama. (4) Racet digunakan bagi mengelakkan bidal diputar secara berlebihan dan memastikan tekanan yang dikenakan terhadap objek tidak terlalu tinggi.

Dengan merujuk gambar di atas, tentukan : (a) Skala terkecil tolok skru mikrometer

: ...................

(b) Kepekaan tolok skru mikrometer ialah

: ...................

(c) Kejituan tolok skru mikrometer ialah

: ...................

Cara mengambil bacaan tolok skru mikrometer:

Bacaan skala utama

: ......................

Bacaan skala vernier

: ......................

Bacaan tolok skru mikrometer : ......................

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan

21


Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4

Tahun 2014

Ralat sifar pada tolok skru mikrometer Ralat sifar positif Ralat sifar negatif

Nilai ralat sifar = .......................

Nilai ralat sifar = .......................

Bacaan sebenar = Bacaan tolok skru mikrometer â&#x20AC;&#x201C; Bacaan ralat sifar Latihan : Mengukur menggunakan tolok skru mikrometer (1)

Bacaan skala utama

: ......................

Bacaan skala vernier

: ......................

Bacaan tolok skru mikrometer : ...................... (2)

Bacaan skala utama

: ......................

Bacaan skala vernier

: ......................

Bacaan tolok skru mikrometer : ......................

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan

22


Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4

Tahun 2014

(3)

Bacaan skala utama

: ......................

Bacaan skala vernier

: ......................

Bacaan tolok skru mikrometer : ...................... (4)

Bacaan skala utama

: ......................

Bacaan skala vernier

: ......................

Bacaan tolok skru mikrometer : ...................... (5)

Bacaan skala utama

: ......................

Bacaan skala vernier

: ......................

Bacaan tolok skru mikrometer : ......................

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan

23


Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4

Tahun 2014

(a) Tentukan ralat sifar tolok skru mikrometer tersebut.

(6)

........................................................ (b) Tentukan bacaan tolok skru mikrometer dalam (b). ........................................................

(a) Apabila anvil dan spindal dirapatkan

(c) Tentukan bacaan sebenar diameter dawai tersebut. ........................................................ ........................................................

(b) Apabila mengukur diameter seutas dawai (a) Tentukan ralat sifar tolok skru mikrometer tersebut.

(7)

........................................................ (b) Tentukan bacaan tolok skru mikrometer dalam (b). ........................................................

(a) Apabila anvil dan spindal dirapatkan

(c) Tentukan bacaan sebenar ketebalan logam tersebut. ........................................................ ........................................................

(b) Apabila mengukur ketebalan logam

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan

24


Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4

Tahun 2014

1.5 Penyiasatan saintifik Penyiasatan saintifik adalah penting dalam fizik. Hasil daripada penyiasatan saintifik kita dapat membuat kesimpulan tentang fenomena yang diperhatikan. Penyiasatan saintifik juga dapat membuktikan kesahihan sesuatu hipotesis, teori dan hukum. Langkah-langkah dalam menjalankan penyiasatan saintifik ialah: 1) Membuat pemerhatian 2) Mengenal pasti masalah 3) Membuat Inferens 4) Membina hipotesis 5) Merancang eksperimen 6) Menjalankan eksperimen 7) Mengumpul data dan menjadualkan data 8) Menganalisis dan mentafsir data 9) Membuat kesimpulan Mengenal pasti masalah Berdasarkan pemerhatian terhadap fenomena-fenomena yang berlaku di sekeliling kita, persoalan akan timbul daripada sikap ingin tahu. Persoalan-persoalan berdasarkan pemerhatian yang boleh dikemukakan seperti :  Apakah sebab sebuah kenderaan berat sukar digerakkan daripada keadaan pegun?  Kenapa buaian bertali panjang berayun lebih lambat berbanding buaian bertali pendek?

Membuat inferens Membuat andaian awal terhadap sesuatu pemerhatian tanpa menjalankan penyiasatan saintifik yang lebih lanjut. Inferens boleh jadi benar atau tidak. Contoh-contoh pernyataan inferens seperti:  Inersia sesuatu objek bergantung kepada jisim objek.  Tempoh ayunan bandul bergantung kepada jisim pemberat.

Membina hipotesis Hipotesis merupakan suatu pernyataan berasaskan satu teori yang perlu dibuktikan. Hipotesis seharusnya dapat menyatakan hubungan awal antara pemboleh ubah yang dimanupulasikan dengan pemboleh ubah yang bergerak balas. Kesahihan hipotesis seharusnya boleh diuji melalui penyiasatan saintifik. Contoh pernyataan hipotesis seperti:  Semakin bertambah jisim objek, semakin bertambah inersia objek.  Semakin bertambah panjang bandul, semakin bertambah tempoh ayunan.

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan

25


Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4

Tahun 2014

Merancang eksperimen Dalam merancang eksperimen, beberapa perkara harus dilakukan iaitu: (i) Menyatakan tujuan eksperimen (ii) Mengenal pasti pemboleh ubah- pemboleh ubah (iii) Mendefinasi secara operasi bagi pemboleh ubah (iv) Mengenal pasti jenis alat radas dan bahan yang sesuai dan berfungsi (v) Mengenal pasti susunan radas (vi) Mengemukakan prosedur eksperimen (vii) Merancang penjadualan data dan analisis data (viii) Menentukan langkah berjaga-jaga yang harus dipatuhi. Menyatakan tujuan eksperimen Tujuan eksperimen merupakan pernyataan objektif eksperimen untuk mencari hubung kait antara pemboleh ubah dimanipulasikan dengan pemboleh ubah yang bergerak balas. Contoh pernyataan tujuan eksperimen:  Mengkaji hubungan antara jisim plastisin dengan tempoh ayunan gergaji.  Mengkaji hubungan antara jisim pemberat dengan tempoh ayunan.

Mengenal pasti pemboleh ubah-pemboleh ubah. (a) Pemboleh ubah dimanipulasikan  Pemboleh ubah dimanipulasikan ialah faktor yang dimanipulasi atau diubah untuk mengkaji kesan terhadap hasil eksperimen.  Sekurang-kurangnya 5 set bacaan pemboleh ubah dimanipulasikan ditentukan sebelum sesuatu eksperimen dijalankan. (b) Pemboleh ubah yang bergerak balas  Pemboleh ubah yang bergerak balas harus boleh diukur menggunakan alat pengukur di dalam suatu eksperimen.  Nilai-nilai pemboleh ubah yang bergerak balas bergantung kepada pemboleh ubah dimanipulasikan.  Sekurang-kurangnya 5 set bacaan pemboleh ubah yang bergerak balas diperolehi daripada suatu eksperimen bagi menguji kesahihan hipotesis. (c) Pemboleh ubah yang dimalarkan  Kuantiti fizik yang dapat mempengaruhi pemboleh ubah bergerak balas tetapi ditetapkan sepanjang eksperimen Mendefinisikan secara operasi pemboleh ubah Mendefinisikan pemboleh ubah secara operasi bermakna menyatakan dengan jelas maksud pemboleh ubah itu. Contoh definisi secara operasi pemboleh ubah seperti :  Inersia ialah tempoh masa untuk satu bilah gergaji membuat satu ayunan lengkap.  Daya apungan ialah berat air tersesar.

Mengenal pasti alat radas dan bahan eksperimen Ketika eksperimen dirancang, perkara utama yang perlu dinyatakan adalah senarai alat radas dan bahan yang diperlukan dalam eksperimen tersebut.

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan

26


Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4

Tahun 2014

Mengenal pasti susunan radas ekspeimen Susunan radas dan penyediaan bahan eksperimen perlu dirancang agar ia sesuai dan berfungsi dalam mengawal bacaan pemboleh ubah dimanipulasikan dan berupaya mengukur bacaan pemboleh ubah yang bergerak balas. Susunan radas boleh diringkaskan dengan melukis gambarajah susunan radas berlabel dengan lengkap. Mengemukakan prosedur eksperimen Prosedur menjalankan eksperimen perlu dinyatakan secara langkah demi langkah dengan teliti. Prosedur yang ditulis haruslah merangkumi aspek-aspek berikut:  Kaedah mengawal pemboleh ubah dimanipulasikan  Kaedah mengukur pemboleh ubah yang bergerak balas  Ulangan eksperimen dengan nilai pemboleh ubah dimanipulasi yang berlainan. Menentukan langkah berjaga-jaga dalam suatu eksperimen Langkah berjaga-jaga harus diambil perhatian dalam suatu eksperimen bagi memastikan bacaan pemboleh ubah yang bergerak balas yang diperolehi menghampiri nilai sebenar. Contoh langkah berjaga-jaga ialah seperti:  Mengelak ralat paralaks dengan memastikan kedudukan mata serenjang dengan skala alat pengukuran.

Membuat ulangan bacaan dan nilai bacaan purata diambil.

Menjalankan eksperimen Eksperimen yang dijalankan mesti menepati kehendak tujuan eksperimen dan mengikut semua prosedur eksprimen yang telah dirancang. Kemahiran manipulatif perlu ada pada setiap individu semasa menjalankan eksperimen terutama semasa membuat susunan radas dan mengambil bacaan menggunakan alat pengukuran sainifik. Pengetahuan dan kemahiran dalam pengendalian alat radas dan bahan amat penting dalam penyiasatan saintifik.

Mengumpul dan menjadualkan data Semua data pemboleh ubah dimanipulasi dan data pemboleh ubah yang bergerak balas direkodkan dalam bentuk jadual yang bersistematik. Berikut antara panduan penjadualan data yang dicadangkan:       

Pemboleh ubah dimanipulasikan ditulis pada lajur atau baris yang pertama. Pemboleh ubah yang bergerak balas ditulis pada lajur atau baris yang kedua. Data sekunder (jika ada) ditulis pada lajur atau baris yang ketiga. Nama kuantiti fizik dan/atau simbol kuantiti fizik dan unitnya ditulis di atas setiap lajur dan baris. Setiap bacaan yang dicatatkan hendaklah mengikut kepekaan alat pengukuran yang digunakan. Angka-angka bacaan dalam sesuatu lajur atau baris mesti dicatatkan dengan tempat perpuluhan yang teka. Nilai pengiraan akhir bagi data sekunder boleh dicatatkan dengan satu tempat

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan

27


Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4

Tahun 2014

perpuluhan melebihi tempat perpuluhan nilai yang diukur. Contoh jadual data: [Lengkapkan jadual dengan bimbingan guru] Panjang

Masa yang diambil untuk

Purata masa yang diambil

Tempoh

bandul,

melengkapkan 20 ayunan, t /s

untuk melengkapkan 20

ayunan,

ayunan, tpurata /s

T /s

l /cm

t1

t2

90.0

38.0

37.8

80.0

36.2

36.6

70.0

32.4

32.2

60.0

31.6

31.4

50.0

28.6

28.2

S Menganalisis dan mentafsir data Set data yang direkodkan dalam jadual akan dianalisis dengan melukis graf. Graf yang dilukis seharusnya boleh menunjukkan hubungan antara pemboleh ubah yang dimanipulasi dengan pemboleh ubah yang bergerak balas. Hubungan antara kedua-dua pemboleh ubah ditentukan dengan mengekstrapolasikan graf (memanjangkan graf). Nilai kecerunan graf yang dihitung dapat memberikan maklumat tentang suatu nilai pemalar tertentu seperti kecerunan graf daya, F melawan pemanjangan spring, x mewakili nilai pemalar kekenyalan suatu spring, k. Langkah 1: Menulis tajuk graf di bahagian atas kertas graf dan melukis garisan paksi – x dan paksi – y.  Simbol kuantiti Fizik dan unitnya ditulis pada kedua-dua paksi.  Saiz graf yang dilukis mestilah merangkumi lebih separuh saiz ruang kertas graf.

Contoh : Graf T2 melawan

Graf F melawan x

l

T2 /s2

F /N

l /cm

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan

x /cm

28


Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4

Tahun 2014

Langkah 2: Menentukan skala bagi kedua-dua paksi graf.  Setiap paksi mesti ditanda dengan skala yang sesuai.  Skala yang terbaik seharusnya dapat memenuhi julat bacaan data, membantu dalam memplot data, menghasilkan saiz graf yang besar dan seragram.  Gandaan 1, 2, 5 dan nombor genap dicadangkan untuk digunakan sebagai skala di dalam graf. Gandaan seperti 3, 4 dan nombor ganjil tidak dibenarkan. Contoh: Graf F melawan x

F /N

F /N

40

16

30

12

20

8

10

4

x /cm

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Skala nombor genap

Graf F melawan x

x /cm

0.3 0.6 0.9 1.2 1.5

Skala nombor ganjil

Langkah 3: Memplot dan melukis garisan penyesuaian terbaik.  Titik-titik diplot dengan berhati-hati.  Dalam suatu eksperimen, data yang diperolehi mungkin terdiri daripada hubungan linear atau bukan linear. Untuk hubungan linear, graf yang dilukis adalah dalam garis lurus. Oleh yang demikian, satu garis lurus penyesuaian terbaik perlu dilukis.  Panduan semasa melukis garis lurus penyesuaian terbaik adalah seperti berikut. 1. Garis yang dilukis mesti melalui kebanyakkan titik yang diplotkan. 2. Titik-titik yang tidak menyentuh garis graf perlu berhampiran dengan garis graf yang dilukis. 3. Bilangan titik yang tidak menyentuh di sebelah atas garis adalah lebih kurang sama atau sama dengan bilangan titik di sebelah bawah garis graf. Contoh: Graf garis lurus F /N

Graf F melawan x

60

50

1

x /cm

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan

2

 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

3

20

4

30

Graf V melawan I

5

40

10

V /V

 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

I /A

29


Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4

Tahun 2014

Contoh : Graf garis lengkung T /s

x /cm

Graf T melawan m

6.0 5.0 4.0

3.0

6.0

5.0 4.0 3.0

2.0

Graf x melawan a

 

2.0

1.0

m/g

10 20 30 40 50

1.0

10 20 30 40 50

a/cm

Menganalisis dan mentafsir graf Mengira kecerunan graf (1) Kecerunan graf garis lurus Langkah-langkah menentukan kecerunan graf bagi graf garis lurus:  Pilih dua titik yang koordinatnya mudah dibaca.  Pastikan jarak antara dua titik yang dipilih itu cukup besar  Menggunakan dua titik yang dipilih, bina satu segi tiga bersudut tegak dengan saiz minimum 6 cm x 6 cm dan dilabelkan koordinat pada kedua-dua titik.  Hitung kecerunan graf, m dengan formula umum berikut : Kecerunan graf, m =

y2  y1 x2  x1

Graf F melawan x

F /N

Unit nilai kecerunan graf, m =

50

40

30

Tentukan kecerunan graf, m.

20

10

unit paksi - y unit paksi - x

1

2

3

4

5

6

7

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan

x /cm

30


Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4

Tahun 2014

(2) Kecerunan tangen pada graf lengkung Bagi garis lengkung, kecerunan tangen adalah berbeza pada setiap titik. Langkah-langkah untuk menentukan kecerunan pada mana-mana titik di atas garis lengkung:  Pada titik yang dipilih di atas garis lengkung, lukiskan garis tangen.  Bina satu segi tiga bersudut tegak dengan menggunakan garis tangen yang telah dilukis.  Daripada segi tiga yang dibina, hitung kecerunan graf, m. Graf T melawan

T /s

l

2.5

Tentukan kecerunan graf, m pada titik l = 46 cm.

 2.0

1.5

 1.0

 

0.5

10

20

30

40

50

60

70

80

l /cm

Mengekstrapolasikan graf Graf lurus diekstrapolasikan apabila :  Mencari nilai atau maklumat di luar julat bacaan yang diperolehi.  Menentukan hubung kait antara pemboleh ubah dimanipulasikan dan pemboleh ubah yang bergerak balas. V/V

2.5 2.0 1.5

F /N

Graf V melawan I Tentukan nilai V apabila I = 0 A. V = ………

50 40 30

1.0

20

0.5

10 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

I/A

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan

Graf F melawan x

60

1

2

3

4

5

x /cm

31


Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4

Tahun 2014

Menentukan hubungan antara pemboleh ubah-pemboleh ubah daripada graf y y Graf y melawan x

Graf y melawan x

x

y berkadar terus dengan x y

x

y bertambah secara linear dengan x y

Graf y melawan x

x

y berkadar songsang dengan x

Graf y melawan x

x

y berkurang secara linear dengan x

a Membuat kesimpulan Kesimpulan suatu eksperimen dibuat daripada hasil analisis dan tafsiran data. Jika kesimpulan satu penyiasatan saintifik adalah sama dengan hipotesis yang dibuat, maka hipotesis itu dijadikan satu teori. Kadang kala eksperimen dijalankan untuk mentahkik sesuatu hukum atau prinsip. Jika kesimpulan eksperimen adalah sama dengan hukum atau prinsip yang diuji, maka hukum atau prinsip itu dikatakan telah ditahkikkan. Misalnya jika graf daya, F melawan pemanjangan spring, x diperolehi seperti di bawah: F Graf F melawan x Contoh pernyataan kesimpulan: Daripada graf F melawan x: F berkadar terus dengan x. Maka Hukum Hooke dikatakan telah ditahkikkan. x

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan

32


Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4

Tahun 2014

Aktiviti penyiasatan saintifik Fenomena harian: Dina bermain buaian di taman permainan. Dia mendapati buaian yang bertali pendek berayun lebih cepat berbanding buaian bertali panjang. Berdasarkan maklumat dan pemerhatian situasi itu; nyatakan satu inferens dan bina satu hipotesis. Tuliskan rangka satu eksperimen yang boleh dilakukan di dalam makmal bagi menguji hipotesis yang telah dibina. Inferens Hipotesis Tujuan Pemboleh ubah

Dimanipulasi : Bergerak balas : Dimalarkan :

Senarai radas Susunan radas

Prosedur

Penjadualan data

Analisis data

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan

33


Modul Pengajaran Fizik Tingkatan 4

Cikgu Khairul Anuar, SMK Seri Mahkota, Kuantan

Tahun 2014

34

Bab 1 Pengenalan Kepada Fizik 2014  

Nota Fizik Tingkatan 4 Bab 1