Topik: Persamaan Arus Bolak-Balik (AC)
Alokasi Waktu: 135 Menit (3 JP)
I. Identitas Modul
- Mata Pelajaran: Fisika
- Kelas: XII SMA
- Topik: Persamaan Arus Bolak-Balik (AC)
- Alokasi Waktu: 135 Menit (3 JP)
- Kompetensi Dasar (KD):
- 3.11 Menganalisis besaran-besaran pada rangkaian arus bolak-balik (AC), termasuk persamaan arus dan tegangan pada rangkaian seri RLC, daya dalam rangkaian AC, dan konsep resonansi dalam rangkaian RLC.
- 4.11 Menyelesaikan masalah yang berkaitan dengan arus bolak-balik (AC) dan komponen-komponennya melalui eksperimen atau simulasi.
- Tujuan Pembelajaran:
- Siswa memahami konsep dasar arus bolak-balik (AC) dan persamaannya.
- Siswa mampu menganalisis besaran tegangan dan arus pada rangkaian AC sederhana.
- Siswa mampu menyelesaikan perhitungan terkait dengan amplitudo, frekuensi, dan fasa dari arus dan tegangan AC.
II. Capaian Pembelajaran dan Profil Pelajar Pancasila
- Capaian Pembelajaran (CP):
- Siswa memahami konsep dasar tentang arus bolak-balik, persamaan arus AC, dan penerapannya dalam rangkaian listrik.
- Siswa mengembangkan keterampilan pemecahan masalah dalam konteks fisika, baik melalui perhitungan matematis maupun pemodelan fisika.
- Profil Pelajar Pancasila:
- Berpikir Kritis: Siswa dilatih untuk menganalisis dan menyelesaikan permasalahan terkait dengan persamaan arus bolak-balik.
- Mandiri: Siswa diharapkan dapat menyelesaikan soal-soal secara mandiri dan melakukan refleksi atas pemahaman mereka.
- Gotong Royong: Dalam simulasi rangkaian AC, siswa bekerja dalam kelompok untuk menyelesaikan tugas dan mempresentasikan hasilnya.
III. Alur dan Kegiatan Pembelajaran
Pertemuan 1 (45 menit – 1 JP)
Pendahuluan (10 menit):
- Motivasi dan Apersepsi:
- Guru memberikan contoh penggunaan arus bolak-balik (AC) dalam kehidupan sehari-hari (misalnya, alat-alat listrik rumah tangga seperti kulkas, lampu, dan kipas angin).
- Guru menjelaskan pentingnya arus bolak-balik dalam sistem kelistrikan yang digunakan di rumah, industri, dan transportasi.
- Penyampaian Tujuan Pembelajaran:
- Guru menjelaskan tujuan pembelajaran hari ini yaitu memahami konsep dan persamaan dasar arus AC, serta aplikasi arus bolak-balik dalam kehidupan sehari-hari.
Inti (30 menit):
- Eksplorasi Konsep Arus Bolak-Balik:
- Guru menjelaskan perbedaan antara arus searah (DC) dan arus bolak-balik (AC), serta bentuk gelombang sinusoidal arus AC.
- Guru menjelaskan persamaan dasar arus AC: I(t)=Imaks⋅sin(ωt+ϕ) di mana:
- I(t) adalah arus pada waktu tt,
- Imaks adalah arus puncak (amplitudo),
- ω adalah frekuensi sudut (rad/s),
- ϕ adalah fase awal arus.
- Visualisasi Grafik Gelombang AC:
- Guru menggambarkan grafik gelombang arus AC terhadap waktu, memperlihatkan bagaimana persamaan arus mempengaruhi bentuk gelombang.
- Diskusi mengenai frekuensi, amplitudo, dan fase serta pengaruhnya terhadap bentuk gelombang.
- Latihan Sederhana:
- Siswa diberikan contoh soal perhitungan untuk menemukan arus pada waktu tertentu, dengan data Imaks, ω, dan ϕ.
- Diskusi hasil perhitungan.
Penutup (5 menit):
- Guru menutup sesi dengan merefleksikan persamaan arus AC yang telah dipelajari.
- Guru memberikan tugas individu untuk menyelesaikan soal latihan terkait persamaan arus AC di rumah.
Pertemuan 2 (45 menit – 1 JP)
Pendahuluan (10 menit):
- Tinjauan Materi Sebelumnya:
- Guru mengulas materi tentang arus AC yang telah dibahas sebelumnya.
- Siswa diberikan kesempatan untuk bertanya dan mendiskusikan soal-soal latihan yang dikerjakan di rumah.
- Tujuan Pembelajaran Hari Ini:
- Memperdalam pemahaman tentang besaran-besaran arus bolak-balik seperti tegangan dan frekuensi serta hubungan antara arus dan tegangan.
Inti (30 menit):
- Tegangan pada Arus AC:
- Guru menjelaskan persamaan tegangan pada arus bolak-balik yang mirip dengan persamaan arus: V(t)=Vmaks⋅sin(ωt+θ) di mana:
- V(t) adalah tegangan pada waktu tt,
- Vmaks adalah tegangan puncak (amplitudo),
- θ adalah fase awal tegangan.
- Guru menjelaskan persamaan tegangan pada arus bolak-balik yang mirip dengan persamaan arus: V(t)=Vmaks⋅sin(ωt+θ) di mana:
- Hubungan Arus dan Tegangan:
- Guru menjelaskan bagaimana fase antara arus dan tegangan bisa berbeda pada rangkaian AC, terutama dalam rangkaian yang melibatkan elemen resistor, induktor, dan kapasitor.
- Diskusi tentang perbedaan fase arus dan tegangan pada berbagai elemen rangkaian.
- Latihan Perhitungan:
- Guru memberikan soal untuk menghitung tegangan dan arus pada waktu tertentu serta menentukan perbedaan fase antara keduanya.
Penutup (5 menit):
- Guru menutup sesi dengan ringkasan hubungan antara arus dan tegangan.
- Guru memberikan tugas kelompok berupa eksperimen simulasi rangkaian AC menggunakan software simulasi.
Pertemuan 3 (45 menit – 1 JP)
Pendahuluan (10 menit):
- Review Singkat:
- Guru mengulas materi tentang arus dan tegangan AC yang telah dipelajari.
- Siswa memberikan laporan singkat tentang hasil tugas kelompok (eksperimen simulasi).
- Tujuan Pembelajaran Hari Ini:
- Mempelajari lebih dalam penerapan persamaan arus AC dalam rangkaian RLC.
Inti (30 menit):
- Rangkaian Seri RLC:
- Guru menjelaskan bagaimana persamaan arus dan tegangan bekerja dalam rangkaian seri RLC (resistor, induktor, dan kapasitor).
- Diskusi tentang fenomena resonansi dalam rangkaian AC dan bagaimana arus dan tegangan berperilaku pada kondisi resonansi.
- Simulasi Rangkaian AC:
- Siswa melakukan simulasi rangkaian seri RLC menggunakan software simulasi (misalnya PhET), kemudian menganalisis hasilnya.
- Diskusi kelompok mengenai hasil simulasi dan pemahaman resonansi.
Penutup (5 menit):
- Guru menutup pembelajaran dengan kesimpulan tentang persamaan arus AC dalam rangkaian RLC.
- Guru memberikan tugas individu berupa soal latihan untuk memperkuat pemahaman tentang konsep resonansi.
IV. Penilaian
Penilaian Formatif:
- Tugas Individu:
- Siswa menyelesaikan soal latihan tentang persamaan arus AC dan hubungan antara arus dan tegangan.
Contoh Soal: - Hitung arus pada waktu t=0,5t = 0,5 detik jika diketahui Imaks=5I_{\text{maks}} = 5 A, frekuensi f=50f = 50 Hz, dan fase ϕ=0\phi = 0.
- Siswa menyelesaikan soal latihan tentang persamaan arus AC dan hubungan antara arus dan tegangan.
- Tugas Kelompok:
- Siswa melakukan simulasi rangkaian AC dan mempresentasikan hasilnya di kelas.
Rubrik Penilaian Formatif:
Aspek Penilaian | Kriteria | Skor |
---|---|---|
Pemahaman Konsep | Memahami konsep arus AC dengan benar | 4 |
Memahami konsep dengan beberapa kesalahan | 3 | |
Pemahaman kurang, masih banyak kesalahan | 2 | |
Tidak memahami konsep | 1 | |
Keterampilan Hitung | Menyelesaikan perhitungan dengan benar | 4 |
Terdapat 1-2 kesalahan dalam perhitungan | 3 | |
Banyak kesalahan dalam perhitungan | 2 | |
Tidak bisa melakukan perhitungan | 1 | |
Kerja Kelompok | Aktif berdiskusi dan berkontribusi | 4 |
Cukup berpartisipasi | 3 | |
Kurang berkontribusi | 2 | |
Tidak berkontribusi | 1 |
V. Materi Ajar dan Sumber Belajar
Materi Ajar:
- Konsep arus bolak-balik (AC) dan perbedaannya dengan arus searah (DC).
- Persamaan arus dan tegangan dalam arus bolak-balik.
- Hubungan fase antara arus dan tegangan.
- Aplikasi rangkaian AC (seri RLC, resonansi).
Sumber Belajar:
- Buku teks Fisika kelas XII.
- Simulasi PhET Interactive Simulations (AC Circuits).
- Materi presentasi dari guru.
VI. Refleksi Guru
- Pengamatan Proses Pembelajaran: Guru mengamati keaktifan siswa dalam diskusi dan eksperimen, serta menganalisis hasil pekerjaan siswa sebagai bahan evaluasi.
- Pengembangan Materi Selanjutnya: Guru dapat memperluas materi ke penerapan praktis arus bolak-balik dalam kehidupan sehari-hari seperti pada transformator dan transmisi listrik.