Modul Ajar: Hukum Kekekalan Energi dan Konversi Energi

Kelas                           : X SMA
Waktu                        : 180 menit (4 JP) — 2 Pertemuan
Kurikulum                 : Merdeka
Mata Pelajaran          : IPA (Fisika)

A. Tujuan Pembelajaran

Pada akhir pembelajaran, peserta didik diharapkan mampu:

  1. Menjelaskan konsep hukum kekekalan energi.
  2. Menganalisis berbagai bentuk energi dan bagaimana energi berubah dari satu bentuk ke bentuk lain.
  3. Menerapkan hukum kekekalan energi dalam perhitungan fisika sederhana.
  4. Menganalisis konversi energi dalam sistem tertutup dan terbuka.
  5. Mengidentifikasi penerapan hukum kekekalan energi dalam kehidupan sehari-hari dan teknologi modern.

B. Profil Pelajar Pancasila

  1. Bernalar Kritis: Mampu menganalisis proses konversi energi dan memecahkan masalah yang melibatkan hukum kekekalan energi.
  2. Mandiri: Menerapkan konsep energi dalam menyelesaikan masalah fisika dan kehidupan sehari-hari.
  3. Kreatif: Mengidentifikasi aplikasi hukum kekekalan energi dalam inovasi teknologi.

C. Media dan Alat Pembelajaran

  • Media: PowerPoint (PPT), video edukasi tentang konversi energi, Lembar Kerja Peserta Didik (LKPD), infografis tentang penerapan hukum kekekalan energi.
  • Alat: Alat percobaan sederhana (misalnya, bola untuk eksperimen energi potensial dan kinetik), kalkulator, alat tulis, bahan tambahan (misalnya, mainan mobil untuk eksperimen energi mekanik).

D. Materi Pembelajaran

  1. Pengertian Hukum Kekekalan Energi
    • Hukum Kekekalan Energi menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan; energi hanya dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lain. Dalam sistem tertutup, jumlah total energi tetap konstan.
    • Contoh: Pada ayunan bandul, energi potensial berubah menjadi energi kinetik saat bandul bergerak, dan sebaliknya, tetapi jumlah total energi tetap sama.
  1. Macam-Macam Bentuk Energi dan Konversinya
    Energi Kinetik
    • Energi yang dimiliki oleh suatu benda karena gerakannya.
    • Rumus: Ek= ½ mv2 Di mana m adalah massa benda dan v adalah kecepatan benda.
  1. Energi Potensial
    • Energi yang tersimpan pada suatu benda karena posisinya atau ketinggiannya.
    • Rumus: Ep=mghE_p = m g h Di mana m adalah massa benda, g adalah percepatan gravitasi (9,8 m/s²), dan h adalah ketinggian benda.
  1. Energi Mekanik
    • Total energi kinetik dan potensial pada suatu benda.
    • Rumus: Em=Ek+Ep​
  1. Energi Panas (Termal)
    • Energi yang dihasilkan oleh gerakan partikel-partikel dalam suatu benda dan berhubungan dengan suhu benda tersebut.
  1. Energi Listrik, Kimia, dan Lainnya
    • Energi juga dapat berupa energi listrik, energi kimia, energi nuklir, dan energi cahaya, yang semuanya bisa dikonversi dari satu bentuk ke bentuk lainnya.
  1. Konversi Energi
    • Contoh Konversi Energi:
      • Energi potensial berubah menjadi energi kinetik ketika bola dijatuhkan.
      • Energi kimia pada baterai diubah menjadi energi listrik untuk menyalakan lampu.
      • Energi listrik diubah menjadi energi panas dalam pemanas listrik.
      • Energi cahaya dari matahari diubah menjadi energi kimia dalam proses fotosintesis.
  1. Sistem Tertutup dan Sistem Terbuka dalam Konversi Energi
    • Sistem Tertutup: Sistem di mana tidak ada energi yang masuk atau keluar dari lingkungan, hanya terjadi perubahan bentuk energi di dalam sistem. Misalnya, energi mekanik total pada bola yang jatuh tetap konstan jika tidak ada gesekan udara.
    • Sistem Terbuka: Sistem yang dapat bertukar energi dengan lingkungan. Misalnya, mesin mobil yang membuang energi panas ke lingkungan.
  1. Penerapan Hukum Kekekalan Energi dalam Teknologi Sehari-Hari
    • Pembangkit listrik tenaga air memanfaatkan energi potensial air di bendungan yang diubah menjadi energi kinetik, lalu energi mekanik ini diubah menjadi energi listrik.
    • Mobil listrik mengubah energi kimia yang tersimpan dalam baterai menjadi energi listrik untuk menggerakkan mesin dan menghasilkan energi mekanik.

E. Kegiatan Pembelajaran

Pembelajaran dibagi menjadi 2 pertemuan, masing-masing berdurasi 90 menit (2 JP).

Pertemuan 1: Pengertian Hukum Kekekalan Energi dan Macam-Macam Bentuk Energi

Tahap Kegiatan Waktu
Pendahuluan 1. Guru membuka pelajaran dengan bertanya: “Apa yang terjadi ketika kalian menjatuhkan bola? Apakah energi hilang saat bola jatuh?”
2. Guru menyampaikan tujuan pembelajaran: Memahami hukum kekekalan energi dan konsep konversi energi.
10 menit
Inti 1. Guru menjelaskan konsep hukum kekekalan energi, bahwa energi tidak bisa diciptakan atau dimusnahkan, tetapi hanya diubah bentuknya.
2. Guru menjelaskan berbagai bentuk energi (potensial, kinetik, panas, kimia, listrik) dan memberikan contoh dalam kehidupan sehari-hari.
3. Siswa menonton video pendek yang menunjukkan konversi energi, seperti energi potensial berubah menjadi energi kinetik dalam roller coaster.
4. Diskusi kelompok: Setiap kelompok diberikan contoh sistem (misalnya, pendulum, mobil listrik, atau pembangkit listrik tenaga air) dan diminta untuk menganalisis bentuk energi yang terlibat dan bagaimana energi dikonversi dari satu bentuk ke bentuk lain.
5. Presentasi kelompok: Setiap kelompok mempresentasikan hasil diskusi mereka tentang konversi energi dalam sistem yang mereka analisis.
85 menit
Penutup 1. Guru dan siswa merangkum konsep hukum kekekalan energi dan macam-macam bentuk energi.
2. Guru memberikan tugas untuk mencari contoh lain dari konversi energi di kehidupan sehari-hari dan menyiapkan laporan tertulis.
25 menit

Pertemuan 2: Penerapan Hukum Kekekalan Energi dan Konversi Energi

Tahap Kegiatan Waktu
Pendahuluan 1. Guru membuka pelajaran dengan meminta siswa membahas contoh konversi energi dari tugas yang diberikan pada pertemuan sebelumnya.
2. Guru menjelaskan tujuan pembelajaran hari ini: Menerapkan hukum kekekalan energi dalam perhitungan dan eksperimen sederhana.
10 menit
Inti 1. Guru menjelaskan cara menghitung energi potensial dan energi kinetik pada benda yang bergerak, serta cara menghitung energi mekanik total dalam suatu sistem.
2. Praktikum sederhana: Siswa melakukan percobaan menjatuhkan bola dari ketinggian tertentu dan mengukur energi potensial dan energi kinetik bola. Mereka juga menghitung energi mekanik total sistem untuk menunjukkan bahwa jumlah total energi tetap konstan.
3. Siswa mencatat data percobaan dan menghitung energi potensial, energi kinetik, dan energi mekanik total pada bola di setiap posisi.
4. Diskusi kelas: Siswa mendiskusikan hasil percobaan dan bagaimana hukum kekekalan energi terbukti dalam eksperimen tersebut. Guru juga menjelaskan bagaimana gesekan dan hambatan udara dapat menyebabkan sebagian energi berubah menjadi energi panas.
90 menit
Penutup 1. Guru dan siswa bersama-sama merangkum hasil percobaan dan pembelajaran tentang hukum kekekalan energi.
2. Guru memberikan soal latihan tambahan yang melibatkan perhitungan energi potensial, kinetik, dan mekanik dalam berbagai sistem.
20 menit

F. Penilaian

  1. Penilaian Kognitif:
    • Tes tertulis yang mencakup pengertian hukum kekekalan energi, macam-macam bentuk energi, dan cara menghitung energi potensial serta energi kinetik.
    • Contoh Soal:
      • Jelaskan hukum kekekalan energi.
      • Sebuah benda bermassa 2 kg jatuh dari ketinggian 5 meter. Hitung energi potensial benda saat di puncak dan energi kinetik ketika benda mendekati tanah.
  1. Penilaian Praktik:
    • Siswa dinilai berdasarkan kemampuan mereka dalam melakukan percobaan konversi energi (misalnya, energi potensial menjadi energi kinetik), mencatat hasil pengukuran, dan menganalisis data.
    • Kriteria Penilaian: Ketepatan dalam melakukan percobaan, ketepatan dalam menghitung energi, dan kemampuan menyimpulkan hasil.
  1. Penilaian Sikap:
    • Observasi sikap siswa selama diskusi dan praktikum.
    • Kriteria Penilaian: Keaktifan, kerjasama, ketelitian, dan sikap ilmiah selama bekerja.

G. Sumber dan Bahan Ajar

  • Buku teks IPA kelas X tentang energi dan hukum kekekalan energi.
  • Video edukasi tentang konversi energi dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
  • Alat percobaan sederhana: bola, penggaris, stopwatch.

H. Refleksi

Guru memberikan pertanyaan reflektif kepada siswa:

  • Bagaimana hukum kekekalan energi berlaku dalam kehidupan sehari-hari?
  • Apa pentingnya memahami konversi energi dalam pengembangan teknologi?

I. Rencana Tindak Lanjut

  • Remedial: Bagi siswa yang belum memahami konsep konversi energi, guru akan memberikan penjelasan tambahan dan melakukan percobaan sederhana dengan pengamatan lebih mendalam.
  • Pengayaan: Siswa yang sudah memahami materi dapat diberikan tantangan tambahan untuk menganalisis energi mekanik dalam sistem yang lebih kompleks, seperti energi dalam mesin atau kendaraan.

J. Penugasan Mandiri

Siswa diminta membuat laporan singkat tentang aplikasi hukum kekekalan energi dalam kehidupan sehari-hari, misalnya pada sistem pembangkit listrik, kendaraan, atau perangkat elektronik, dan menjelaskan bagaimana energi dikonversi dari satu bentuk ke bentuk lain dalam sistem tersebut.

 

 

Lembar Kerja Peserta Didik (LKPD)

Topik                          : Hukum Kekekalan Energi dan Konversi Energi

Nama Siswa               : ____________________
Kelas                           : X SMA
Tanggal                      : ____________________

A. Tujuan Pembelajaran

  1. Memahami hukum kekekalan energi dan macam-macam bentuk energi.
  2. Menerapkan konsep konversi energi dalam sistem sederhana.
  3. Menganalisis energi potensial dan energi kinetik dalam percobaan fisika.

B. Bagian 1: Menghitung Energi Potensial dan Kinetik

Instruksi: Hitung energi potensial dan energi kinetik pada situasi berikut ini.

  1. Sebuah benda dengan massa 3 kg berada pada ketinggian 10 meter. Berapa energi potensial benda tersebut?
    Jawaban: _________________________________________________________________________________
  2. Sebuah bola dengan massa 0,5 kg bergerak dengan kecepatan 8 m/s. Hitung energi kinetiknya.
    Jawaban: _________________________________________________________________________________

C. Bagian 2: Konversi Energi

Instruksi: Jelaskan bagaimana energi berubah dari satu bentuk ke bentuk lain pada situasi berikut.

  1. Sebuah bola dijatuhkan dari ketinggian tertentu. Bagaimana energi potensial bola berubah selama jatuh?
  2. Sebuah mobil menggunakan bahan bakar bensin. Jelaskan bagaimana energi kimia dalam bensin diubah menjadi energi mekanik yang menggerakkan mobil.

D. Bagian 3: Percobaan Konversi Energi

Instruksi: Lakukan percobaan menjatuhkan bola dari ketinggian tertentu. Catat hasil pengukuran dan hitung energi potensial serta energi kinetik pada titik-titik tertentu.

No Ketinggian (m) Energi Potensial (J) Energi Kinetik (J)
1. ______________________ ______________________________ _________________________
2. ______________________ ______________________________ _________________________
3. ____________________ ______________________________ _________________________

Penutup

Setelah menyelesaikan LKPD ini, Anda diharapkan dapat lebih memahami hukum kekekalan energi dan konversi energi, serta menerapkannya dalam berbagai situasi sehari-hari dan eksperimen fisika.

  • Hukum Kekekalan Energi: Prinsip, Sejarah, dan Aplikasinya
  • Energi dalam Fisika: Pengertian, Jenis, dan Prinsip
  • Dampak Eksplorasi dan Penggunaan Energi: Lingkungan, Sosial, dan Ekonomi