RPP Pembiasan Cahaya dan Lensa dengan Simulasi
Diperbarui 2026-10-02
RPP pembiasan cahaya dan lensa ini memakai dua simulasi gratis agar siswa bisa mengukur bagaimana cahaya membelok, mencari indeks bias bahan yang tidak diketahui, memerangkap cahaya dengan pemantulan sempurna, lalu melihat bagaimana lensa memakai pembelokan yang sama untuk membentuk bayangan. Tanpa ruang digelapkan, tanpa kotak sinar, dan tanpa busur derajat yang bergeser. Semuanya siap pakai: tujuan pembelajaran, persiapan, prediksi, kegiatan langkah demi langkah dengan bacaan yang seharusnya didapat siswa, lima pertanyaan untuk tautan kelas, pengayaan, dan ide diferensiasi. Setiap angka berasal dari model simulasi itu sendiri.
Pelajaran sekilas
- Jenjang: kelas 9–11 (usia 14–17), fisika atau IPA fisika.
- Waktu: satu jam pelajaran 60 menit, atau dua pertemuan yang lebih singkat (pembiasan, lalu lensa), ditambah pengayaan opsional 15 menit.
- Pengetahuan prasyarat: sudut yang diukur dari garis normal, tombol sinus pada kalkulator, cahaya merambat lurus.
- Format: berpasangan dengan laptop atau tablet, atau seluruh kelas dengan satu proyektor.
- Simulasi: Sinar cahaya – pembiasan, pemantulan sempurna, dan prisma dan Lensa dan cermin lengkung – diagram sinar.
Tujuan pembelajaran
Di akhir pelajaran, siswa dapat:
- Menggambarkan bagaimana sinar membelok mendekati garis normal saat memasuki medium berindeks bias lebih tinggi, dan menjauhinya saat keluar.
- Memakai hukum Snellius, n₁·sin i = n₂·sin r, untuk menghitung indeks bias dari sudut yang terukur.
- Menjelaskan pemantulan sempurna dan mencari sudut kritis.
- Memakai diagram sinar dan 1/f = 1/d + 1/d′ untuk menggambarkan bayangan yang dibentuk lensa cembung.
- Menjelaskan mengapa lensa dari bahan yang lebih rapat memiliki jarak fokus yang lebih pendek.
Apa yang dilakukan simulasi
Sinar cahaya (pembiasan). Layar Pengantar menampilkan laser yang mengenai batas antara medium atas (n₁) dan medium bawah (n₂). Masing-masing bisa berupa Udara (1,00), Air (1,33), Kaca (1,50), Misteri A, atau Misteri B. Seret laser, atau pakai penggeser dan tombol − dan +, untuk mengatur sudut datang dari 0° sampai 89° dengan langkah 1°. Keluaran mendaftar n₁ dan n₂, sudut i dan r hingga 0,1°, sudut kritis, serta persentase cahaya yang dipantulkan dan diteruskan. Untuk medium misteri, n dan sudut kritis menampilkan "?" sampai seseorang menekan Periksa misteri. Layar Prisma dan Alat menambahkan dispersi, probe intensitas cahaya, dan tampilan gelombang.
Lensa dan cermin lengkung. Layar Lensa mengatur lensa cembung atau cekung dari jari-jari kelengkungannya R (20–100 cm) dan indeks bias n (1,3–1,9), dengan f = R / (2(n − 1)). Seret panah benda merah, atau pakai penggeser d, untuk mengatur jarak benda dari 5 sampai 150 cm. Baris status memberi f, d, jarak bayangan d′, perbesaran k, dan jenis bayangan. Kotak centang menambahkan tiga sinar istimewa (aktif secara bawaan), sinar tepi, titik kedua, penggaris, dan Sumber titik + layar.
Dua rincian yang perlu diketahui sebelum kelas:
- Sudut bias tetap muncul untuk medium misteri. Hanya n dan sudut kritis yang disembunyikan.
- Perbesaran memiliki tanda. Pada simulasi lensa, k negatif berarti bayangan terbalik dan k positif berarti tegak.
Bahan dan persiapan sebelum kelas
Bahan: satu perangkat per pasangan (atau proyektor), tabel di bawah di atas kertas, dan kalkulator dengan sinus dan invers sinus.
Persiapan (10 menit, sekali saja):
- Buka simulasi sinar cahaya. Nilai bawaannya sudah yang Anda butuhkan: layar Pengantar, udara di atas, air di bawah, 45°, busur derajat aktif.
- Klik Bagikan dan buat tautan untuk setiap kelas, misalnya "Fisika · Jam ke-6". Lakukan hal yang sama untuk simulasi lensa.
- Opsional: di tab Pertanyaan pada simulasi sinar cahaya, masukkan set pertanyaan di bawah dan lampirkan pada tautan. Kedua prediksi mengunci simulasi sampai setiap siswa mengunci jawabannya.
- Bagikan kedua tautan, atau buka yang pertama dalam mode presentasi dan tampilkan kode QR.
Indeks misteri tidak ada di panel Nilai awal, sehingga langkah 3 berjalan pada tautan biasa.
Urutan pelajaran
1. Pembuka dan prediksi (6 menit)
Tanyakan: "Mengapa sedotan tampak bengkok di dalam gelas berisi air?" Kumpulkan gagasan, lalu minta siswa mengunci dua prediksi, di kertas atau di tautan:
- P1. "Sebuah laser berpindah dari udara ke air pada 45°. Di dalam air, apa yang dilakukan sinar itu?"
- P2. "Cahaya berpindah dari kaca ke udara. Anda perlahan menaikkan sudut datang. Apa yang terjadi pada sinar yang keluar ke udara?"
Banyak siswa mengira cahaya membelok menjauhi garis normal saat masuk ke air, dan sedikit yang mengharapkan sinar keluarnya menghilang. Jangan koreksi siapa pun dulu. Panduan Predict–Observe–Explain menjelaskan mengapa komitmen itu penting.
2. Hukum Snellius dari data (12 menit)
Pasangan menjaga udara di atas dan air di bawah, mengatur setiap sudut dengan penggeser atau tombol + dan −, dan mencatat r dari keluaran. Kolom terakhir untuk Anda.
| i (°) | r (°) | Dipantulkan | sin i ÷ sin r |
|---|---|---|---|
| 10 | 7,5 | 2% | 1,33 |
| 20 | 14,9 | 2% | 1,33 |
| 30 | 22,1 | 2% | 1,33 |
| 45 | 32,1 | 3% | 1,33 |
| 60 | 40,6 | 6% | 1,33 |
| 80 | 47,8 | 35% | 1,33 |
Sinar selalu membelok mendekati garis normal, dan rasio sin i ÷ sin r tetap pada 1,33, indeks bias air. Itulah hukum Snellius dengan n₁ = 1. Periksa P1 sekarang.
Tunjukkan juga kolom yang dipantulkan. Pada 80° yang curam, 35% cahaya dipantulkan, itulah sebabnya danau menyilaukan saat matahari terbenam.
3. Kenali bahan misterius (10 menit)
Pasangan memilih Misteri A sebagai medium bawah, mengukur r pada tiga sudut, dan menghitung n = sin i ÷ sin r. Lalu mereka mengulang untuk Misteri B dan menekan Periksa misteri.
| i (°) | r untuk Misteri A (°) | r untuk Misteri B (°) |
|---|---|---|
| 30 | 24,6 | 18,2 |
| 45 | 36,1 | 26,2 |
| 60 | 46,2 | 32,8 |
| n | 1,20 | 1,60 |
Setiap sudut memberi n dalam 0,01 dari nilai sebenarnya. Tanyakan: "Bahan mana yang lebih memperlambat cahaya?" Misteri B, karena n yang lebih tinggi berarti kelajuan yang lebih lambat, v = c/n. Layar Alat menampilkan kelajuan ini, misalnya 2,26 × 10⁸ m/s di air dan 2,00 × 10⁸ m/s di kaca.
4. Pemantulan sempurna (10 menit)
Pasangan menaruh Kaca di atas dan Udara di bawah, sehingga cahaya kini keluar dari medium yang lebih rapat. Mereka menaikkan i perlahan.
| i (°) | 20 | 30 | 40 | 41 | 42 |
|---|---|---|---|---|---|
| r (°) | 30,9 | 48,6 | 74,6 | 79,8 | tidak ada |
| Dipantulkan | 4% | 6% | 25% | 38% | 100% |
Sinar membelok menjauhi garis normal, sinar pantul makin kuat, dan pada 42° sinar bias menghilang: pemantulan sempurna. Keluaran memberi sudut kritis, 41,8°. Periksa P2 sekarang.
Lalu bandingkan pasangan lain. Air ke udara memiliki sudut kritis 48,8° dan kaca ke air 62,5°. Makin kecil rasio n₂/n₁, makin kecil sudut kritis, itulah sebabnya berlian dan serat optik memerangkap cahaya dengan sangat baik.
5. Dari pembiasan ke lensa (17 menit)
Buka tautan lensa. Nilai bawaannya adalah lensa cembung dengan R = 40 cm dan n = 1,5, sehingga f = 40,0 cm, dan benda pada d = 60 cm. Pasangan menggeser benda dan mencatat baris status:
| d (cm) | d′ (cm) | k | Bayangan |
|---|---|---|---|
| 120 | 60,00 | −0,50 | nyata, terbalik, diperkecil |
| 80 | 80,00 | −1,00 | nyata, terbalik, sama besar |
| 60 | 120,00 | −2,00 | nyata, terbalik, diperbesar |
| 50 | 200,00 | −4,00 | nyata, terbalik, diperbesar |
| 40 | di tak hingga | tidak ada | tidak ada bayangan |
| 30 | 120,00 | 4,00 | maya, tegak, diperbesar |
| 20 | 40,00 | 2,00 | maya, tegak, diperbesar |
Siswa memeriksa satu baris dengan 1/f = 1/d + 1/d′. Untuk d = 60 cm: 1/d′ = 1/40 − 1/60 = 1/120, sehingga d′ = 120 cm. Pada d = 40 cm benda berada di titik fokus dan sinar keluar sejajar.
Lalu centang Sumber titik + layar. Dengan d = 60 cm, layar mulai pada 120 cm dan cahaya mendarat sebagai titik yang tajam. Seret layar lebih dekat atau lebih jauh dan bercaknya membesar. Geser benda ke d = 30 cm: tidak ada posisi layar yang memberi titik, karena bayangan maya tidak bisa ditangkap pada layar.
Terakhir, hubungkan kedua simulasi. Ubah n lensa dari 1,5 menjadi 1,8: f turun dari 40,0 cm menjadi 25,0 cm. Tanyakan: "Mengapa kaca yang lebih rapat memberi lensa yang lebih kuat?" Ia membelokkan setiap sinar lebih banyak pada setiap permukaan, persis seperti bahan misteri berindeks lebih tinggi pada langkah 3.
6. Pengecekan penutup (5 menit)
Gunakan pertanyaan 3–5 dari set di bawah. Lalu buka Lihat jawaban dan tampilkan kolom Prediksi dan Sesudah untuk P1 dan P2 berdampingan.
Set pertanyaan untuk pelajaran ini
Masukkan ini di tab Pertanyaan simulasi sinar cahaya. Pertanyaan 5 memakai tautan lensa, jadi bagikan kedua tautan bersamaan. Petunjuk untuk siswa yang disarankan: "Pakai layar Pengantar. Ubah sudut dengan tombol + dan −. Baca i dan r dari keluaran."
1. Pilihan ganda · Sebelumnya, sebagai prediksi · Tanyakan lagi setelah simulasi
- Pertanyaan: "Sebuah laser berpindah dari udara ke air pada 45°. Di dalam air, apa yang dilakukan sinar itu?"
- Pilihan: Membelok mendekati garis normal (benar) / Membelok menjauhi garis normal / Lurus terus / Dipantulkan kembali seluruhnya
- Penjelasan: "Cahaya melambat di air, yang memiliki indeks bias lebih tinggi (1,33) daripada udara (1,00), sehingga sinar membelok mendekati garis normal. Hukum Snellius memberi sin r = sin 45° ÷ 1,33, sehingga r = 32,1°, lebih kecil dari i."
2. Pilihan ganda · Sebelumnya, sebagai prediksi · Tanyakan lagi setelah simulasi
- Pertanyaan: "Cahaya berpindah dari kaca ke udara. Anda perlahan menaikkan sudut datang. Apa yang terjadi pada sinar yang keluar ke udara?"
- Pilihan: Ia membelok mendekati garis normal / Ia tetap pada sudut yang sama dengan sinar datang / Ia membelok makin menjauhi garis normal, lalu menghilang (benar) / Ia menghilang begitu sudutnya di atas 0°
- Penjelasan: "Saat keluar dari kaca ke udara, sinar membelok menjauhi garis normal. Saat i membesar, r mencapai 90°. Di atas sudut kritis, 41,8° untuk kaca ke udara, tidak ada sinar bias sama sekali dan seluruh cahaya dipantulkan kembali ke dalam kaca: pemantulan sempurna."
3. Angka · Setelah simulasi
- Pertanyaan: "Taruh Udara di atas dan Misteri A di bawah. Ukur r untuk i = 30°, 45°, dan 60°, lalu hitung indeks bias Misteri A."
- Jawaban: 1,20, toleransi ± 0,03, tanpa satuan
- Penjelasan: "Dengan udara di atas, n = sin i ÷ sin r. Pada 30° keluaran memberi r = 24,6°, sehingga n = 0,500 ÷ 0,416 ≈ 1,20. Sudut lain memberi nilai yang sama. Misteri A membelokkan cahaya lebih sedikit daripada air (1,33) dan kaca (1,50)."
4. Angka · Setelah simulasi
- Pertanyaan: "Taruh Misteri B di atas dan Udara di bawah. Cari sudut kritis dengan mengubah i dalam langkah 1°."
- Jawaban: 38,7, toleransi ± 1, satuan °
- Penjelasan: "Pada 38° sinar bias masih keluar dari Misteri B, pada 39° ia menghilang, sehingga sudut kritis berada di antara keduanya. Dari sin c = 1 ÷ 1,60, c = 38,7°. Misteri B memiliki indeks lebih tinggi daripada kaca, sehingga sudut kritisnya lebih kecil daripada 41,8° milik kaca."
5. Angka · Setelah simulasi
- Pertanyaan: "Pada simulasi lensa, pertahankan lensa cembung dengan f = 40 cm dan taruh benda pada d = 120 cm. Berapa jauh bayangan dari lensa?"
- Jawaban: 60, toleransi ± 1, satuan cm
- Penjelasan: "1/d′ = 1/f − 1/d = 1/40 − 1/120 = 2/120, sehingga d′ = 60 cm. Bayangannya nyata, terbalik, dan setengah ukuran benda (k = −0,50), karena benda lebih jauh dari 2f dari lensa."
Pertanyaan 1 dan 2 adalah prediksi, ditanyakan lagi setelah simulasi agar siswa bisa membandingkan. Panduan penilaian formatif menjelaskan cara membaca hasil di berbagai kelas.
Pengayaan: warna dan lensa cekung
Dispersi (8 menit). Pada layar Prisma simulasi sinar cahaya, cahaya putih terurai menjadi enam sinar berwarna. Keluaran menunjukkan alasannya: kaca prisma memiliki n = 1,537 untuk cahaya ungu (410 nm) tetapi n = 1,491 untuk cahaya merah (650 nm), sehingga ungu membelok lebih banyak. Siswa menyeret dan memutar prisma untuk membuat spektrum selebar mungkin.
Lensa cekung (7 menit). Kembali ke layar Lensa, tekan Cekung. Dengan R = 40 cm dan n = 1,5, f = −40,0 cm. Pada d = 60 cm bayangannya maya, tegak, dan lebih kecil: d′ = 24,00 cm, k = 0,40. Pada d = 20 cm, d′ = 13,33 cm dan k = 0,67. Tanyakan: "Bisakah lensa cekung membuat bayangan nyata dari benda nyata?" Tidak: setiap baris memberi bayangan maya, tegak, dan lebih kecil.
Layar Cermin pada simulasi yang sama membahas cermin cekung dan cembung jika Anda ingin pertemuan ketiga.
Diferensiasi
Dukungan:
- Berikan tabel dengan sudut yang sudah terisi, sehingga siswa hanya membaca dan mencatat.
- Pada langkah 2, pakai hanya 30°, 45°, dan 60°, dan berikan nilai sinusnya pada lembar.
- Berikan awal kalimat: "Saat masuk ke medium yang lebih rapat, sinar membelok…" dan "Di atas sudut kritis…"
Tantangan:
- Prediksikan setiap r pada tabel langkah 2 dari hukum Snellius sebelum mengukur.
- Cari sudut kritis Misteri A ke udara tanpa menekan Periksa misteri (56,4°), lalu konfirmasi.
- Pada simulasi lensa, cari R yang memberi f = 20 cm dengan n = 1,5 (20 cm), dan jelaskan hasilnya dengan f = R / (2(n − 1)).
Pembelajar bahasa Inggris: simulasi tersedia dalam enam bahasa. Buat tautan kedua dalam bahasa siswa agar label terasa akrab sementara diskusi tetap dalam bahasa Inggris.
Keselarasan dengan standar
Pelajaran ini sesuai dengan unit cahaya dan optika pada kursus fisika SMA, dan topik pembiasan dan lensa pada GCSE Physics (kurikulum Inggris). Pembahasan v = c/n pada langkah 3 menyentuh NGSS HS-PS4-1 (kelajuan gelombang pada medium berbeda; standar sains AS), tetapi optika geometri tidak memiliki ekspektasi kinerja NGSS khusus, jadi kami tidak mengklaim lebih. Pelajaran ini melatih Menganalisis dan Menafsirkan Data serta Menggunakan Matematika dan Berpikir Komputasional.
Untuk ide lainnya, lihat ide pelajaran fisika interaktif. Jika Anda ingin kedua praktikum pada satu halaman kelas, menyematkan simulasi di Google Sites memakai persis simulasi-simulasi ini sebagai contohnya. Untuk rutinitas umum, lihat cara memakai simulasi interaktif di kelas.
Pertanyaan umum
Mengapa rasio hukum Snellius siswa saya keluar 1,32 atau 1,34?
Keluaran membulatkan r ke 0,1°, sehingga pada sudut kecil rasionya bisa melenceng di desimal kedua: 5° memberi 1,32. Sudut 10° ke atas, atau rata-rata tiga sudut, mengembalikannya ke 1,33.
Adakah satu simulasi untuk pembiasan dan lensa sekaligus?
Ada. Pembiasan, pemantulan sempurna, dan lensa menaruh panel hukum Snellius dan panel lensa pada satu layar. Cocok untuk pelajaran ulasan singkat; kedua simulasi dalam RPP ini memberi lebih banyak untuk diukur.
Bisakah siswa mengerjakan pelajaran ini di ponsel?
Bisa. Siswa membuka tautan tanpa akun. Tombol + dan − memudahkan sudut yang tepat di layar sentuh; membaca baris status lensa lebih mudah di tablet atau laptop.