RENCANA PELAKSANAAN PEMBELAJARAN

Mata Pelajaran : FisikaKelas/Semester : XI/Satu : Materi Pokok : Listrik Arus Bolak Balik (AC)Alokasi Waktu : 6 x 45 menit SMK/MAK :

I. Kompetensi IntiKI 1 : Menghayati dan mengamalkan ajaran agama yang dianutnya.KI 2 : Mengembangkan perilaku (jujur, disiplin, tanggungjawab, peduli, santun, ramah

lingkungan, gotong royong, kerjasama, cinta damai, responsif dan pro-aktif) dan menunjukan sikap sebagai bagian dari solusi atas berbagai permasalahan bangsa dalam berinteraksi secara efektif dengan lingkungan sosial dan alam serta dalam menempatkan diri sebagai cerminan bangsa dalam pergaulan dunia.

KI 3 : Memahami dan menerapkan pengetahuan faktual, konseptual, prosedural dalam ilmu pengetahuan, teknologi, seni, budaya, dan humaniora dengan wawasan kemanusiaan, kebangsaan, kenegaraan, dan peradaban terkait fenomena dan kejadian, serta menerapkan pengetahuan prosedural pada bidang kajian yang spesifik sesuai dengan bakat dan minatnya untuk memecahkan masalah.

KI 4 : Mengolah, menalar, dan menyaji dalam ranah konkret dan ranah abstrak terkait dengan pengembangan dari yang dipelajarinya di sekolah secara mandiri, dan mampu menggunakan metoda sesuai kaidah keilmuan.

II. Kompetensi Dasar 1. Menerapkan hukum kelistrikan arus bolak-balik2. Menganalisis hubungan antara tegangan, impedansi dan kuat arus pada listrik bolak-

balik3. Menyajikan hasil analisis yang berkaitan dengan daya dan energy arus bolak-balik.

III. Indikator1. Kognitif

a. Produk1) Memahami pengertian arus listrik dan tegangan sinusoidal.2) Menyelidiki nilai efektif dan nilai rata-rata.3) Memahami inductor dan kapasitor pada rangkaian AC4) Memahami sifat rangkaian RLC pada arus bolak-balik

b. Proses1) Menganalisis nilai efektif dan nilai maksimum dari tegangan dan arus bolak-

balik yang terbaca dari grafik pada osiloskop.2) Menganalisis data percobaan tegangan dan arus bolak balik, nilai efektif dan

maksimum tagangan dan arus bolak-balik, dan rangkaian RLC3) Melakukan percobaan untuk membuat rangkaian RLC.

2. Psikomotor1) Melakukan percobaan membuat rangkaian RLC pada arus bolak-balik.

2) Afektifa. Karakter: Berpikir kreatif, kritis, dan logis; bekerja dengan teliti, jujur, dan berperilaku

santun, tanpa merasa terbebanib. Keterampilan sosial: menyampaikan pendapat, menjadi pendengar yang

baik,menanggapi pendapat orang lain, dan menghargai pendapat orang lain

IV. Tujuan PembelajaranSetelah proses mencari informasi, bertanya, berdiskusi, dan melaksanakan percobaan siswa dapat:

1. Memahami arus listrik dan tegangan sinusoidal.2. Membandingkan nilai efektif dan nilai rata-rata.3. Membedakan inductor dan kapasitor pada rangkain AC.4. Membuat rangkain RLC5. Menghitung daya pada rangkain AC.

V. Materi Ajar

Nilai Efektif dan MaksimumArus listrik bolak - balik adalah arus listrik yang memiliki nilai sesaatnya berubah-ubah dari nilai negatif hingga positif. Nilai negatif inilah yang menunjukkan arah yang terbalik. Nilai yang sesuai dengan keadaan ini yang paling banyak digunakan adalah fungsi sinus. Kuat arus dan tegangan arus bolak-balik yang memenuhi fungsi sinus ini dapat dirumuskan sebagai berikut.

i = Im sin ω tv = Vm sin ω t

Nilai yang termuat pada persamaan itu adalah nilai maksimum. Tetapi jika diukur dengan alat ukur ternyata memiliki nilai tersendiri. Nilai inilah yang terpakai dalam kerja komponen listrik dan dinamakan nilai efektif. Hubungan nilai maksimum dan nilai efektif ini memenuhi persamaan berikut.

Ief =

Vef =

Sifat-sifat Resistor, Induktor dan KapasitorResistor, induktor dan kapasitor saat dilalui arus bolak-balik akan memiliki sifat-sifat yang berbeda. Sifatsifat itu dapat dijelaskan sebagai berikut. Resistor

Jika sebuah resistor dialiri arus bolak-balik ternyata arus dan tegangannya tetap sefase (ϕ=0). Nilai hambatannya tetap dan sering disebut reaktansi resistif. Sifat ini sama saja saat resistor dialiri arus searah (arus DC).

Induktor

Sebuah induktor dialiri arus bolak-balik tenyata memiliki sifat yang berbeda dengan resistor. Arus bolakbalik yang melewati induktor akan ketinggalan fase π (90°) terhadap tegangannya. Atau sering dikatakan tegangannyanmendahului arus 90O ( ϕ = + 90°). Jika induktor dihubungkan arus searah memiliki hambatan yang hampir nol, ternyata saat dialiri arus AC akan timbul hambatan yang dinamakan reaktansi induktif. Besarnya memenuhi persamaan berikut.

XL = ω L Keterangan : XL = reaktansi induktif (Ω)

ω = frekuensi sudut (rad/s) L = induktansi inductor (H)

KapasitorTernyata kapasitor yang dialiri arus bolak-balik tenyata juga memiliki sifat yang berbeda dengan resistor dan induktor. Arus bolak-balik yang melewati induktor akan mendahului fase π (90O) terhadap tegangannya. Atau sering dikatakan tegangannya ketinggalan arus 90O

( ϕ = - 90O).Jika kapasitor dihubungkan arus searah memiliki hambatan tak hingga, ternyata saat dialiri arus AC akan timbul hambatan yang dinamakan reaktansi kapasitif. Besarnya memenuhi persamaan berikut.

XC =

Keterangan : XC = reaktansi kapasitif (Ω) = frekuensi sudut (rad/s)

C = kapasitas kalor (F)Rangkaian RLC SeriPada rangkaian seri yaitu rangkaian RLC seri yang dialiri arus bolak-balik. Sifat rangkaian RLC seri adalah arus yang melintasi R, L dan C akan sama. Sama disini berarti nilainya sama dan fasenya juga sama. Sedangkan untuk tegangannya berbeda yang berarti berbeda fase dan nilainya. Perhatikan rangkaian RLC seri pada gambar di bawah ini.

Jika pada rangkaian di aliri arus bolak-balik maka arus dan tegangan tiap-tiap komponennya dapat dituliskan sebagai berikut. Ingat sifat tiap komponennya.

i = Im sin ωtVR = VRm sin ωtVm = VLm sin(ωt + 90o)VC = VCm sin(ωt - 90o)

Untuk menentukan hubungan tiap-tiap besaran ini dapat digunakan analisa vektor dengan fase sebagai arahnya.Analisa ini dinamakan FASOR (Fase Vektor). Dengan analisa fasor ini dapat digambarkan hubungan arus dan tegangan pada masing-masing komponen seperti pada gambar di bawah ini.

fasor tegangan dan arus fasor hambatan dan arus

Untuk tegangannya dapat diwakili reaktansinya. Dari diagram fasor itu dapat berlaku hubunganmatematis seperti berikut. V2 = VR

2 + (VL - VC)2

tg

Jika dihubungkan dengan hukum Ohm maka dari persamaan di atas dapat di bagi dengan kuat arus kuadratnya sehingga diperoleh hambatan pengganti. Hambatan pengganti pada rangkaian AC ini dinamakan impedansi

Keadaan ResonansiCoba kalian perhatikan kembali nilai tg ϕ. Saat nilai tg ϕ = 0 itulah dinamakan terjadi keadaan resonansi. Keadaan ini bisa terjadi jika memenuhi :

VL = VC

XL = XC

Z = RAkan memiliki frekuensi resonansi sebesar :

Daya Arus Bolak-BalikPada saat dialiri arus bolak-balik, komponen-komponen listrik akan menyerap energi dengan daya yang diserap memenuhi persamaan berikut.

P = Vef . Ief . cos ϕcos ϕ disebut dengan factor daya. Nilai cos ϕ dapat ditentukan dari diagram fasor.

Metode Pembelajaran 1. Pendekatan : Discovery Learning

2. Model : - Direct Instructional (DI)

- Cooperative Learning (CL)

3. Metode : - Diskusi kelompok

- Eksperimen

IV. Alat/Media/Bahan Alat : laboratorium

Bahan ajar : buku pegangan Fisika Bidang keahlian Teknologi dan Rekayasa untuk SMK/MAK kelas XI, lembar kerja siswa.

Pertemuan Pertama (2x45menit)Langkah Kegiatan/Skenario Pembelajaran

Rincian Kegiatan WaktuPendahuluan

Memberi Salam Mengecek kehadiran siswa Memberikan motivasi / apersepsi Menyampaikan tujuan pembelajaran

10 menit

Kegiatan Inti

70 Menit

Mengamati

Siswa dibagi dalam 5 kelompok Melakukan studi pustaka untuk mencari

informasi tentang arus bolak-balik Melakukan studi pustaka untuk mencari

informasi tentang karakteristik alat ukur arus bolak-balik dan menuliskan ke dalam tabel pengamatan yang memuat nama alat dan prinsip kerja alat tersebut.

Menanya

Membimbing kelompok untuk menentukan arus listrik searah dan bolak-balik.

Membimbing kelompok untuk menemukan nilai efektif dan nilai rata-rata.

Mengeksplorasi

Melakukan percobaan untuk mengukur tegangan dan arus bolak-balik dengan menggunakan osiloskop.

Melakukan percobaan untuk mengukur nilai efektif dan nilai maksimum dari tegangan dan arus bolak-balik yang terbaca dari grafik pada osiloskop.

Menyusun presentasi dalam bentuk power point

Mengasosiasi

Perwakilan dari lima kelompok mempresentasikan hasil diskusi

Tiap kelompok menganalisis nilai efektif dan nilai maksimum dari tegangan dan arus bolak-balik yang terbaca dari grafik pada osiloskop

Masing-masing siswa diberikan latihan soal terkait kasus medan magnet di sekitar kawat berarus.

Kelompok mendiskusikan pemecahan masalah

Mengomunikasikan Perwakilan kelompok mempresentasikan

Rincian Kegiatan Waktujawaban atas masalah pada latihan soal kepada kelompok yang lain

Kelompok dapat menyelesaikan beberapa masalah pada latihan soal berupa tulisan

Setiap kelompok menyajikan kesimmpulan dari hasil pengamatan danpercobaan.

Penutup Bersama siswa menyimpulkan apa yang telah dilakukan Memberikan tugas baca tentang rangkaian seri RLC 10 menit

Pertemuan Kedua (2x45menit)Langkah Kegiatan/Skenario Pembelajaran

Rincian Kegiatan WaktuPendahuluan

Memberi Salam Mengecek kehadiran siswa Memberikan motivasi / apersepsi Menyampaikan tujuan pembelajaran

10 menit

Kegiatan Inti

70 Menit

Mengamati

Siswa dibagi dalam 5 kelompok Melakukan studi pustaka untuk mencari

informasi tentang induktor dan kapasitor Melakukan studi pustaka untuk mencari

informasi tentang impedansi.

Menanya

Membimbing kelompok untuk menentukan nilai reaktansi induktif dan nilai reaktansi kapasitif

Membimbing kelompok untuk menentukan besarnya impedansi dan sudut fase pada rangkaian RLC.

Mengeksplorasi

Melakukan percobaan untuk membuat rangkaian seri RLC pada arus bolak-balik.

Mengamati faktor-faktor fisik yang menjadi variabel pada rangkaian tersebut.Menyusun presentasi dalam bentuk power point

Mengasosiasi

Perwakilan dari lima kelompok mempresentasikan hasil diskusi

Masing-masing kelompok diberikan latihan soal

Kelompok mendiskusikan pemecahan masalah

Mengomunikasikan

Kelompok dapat menyelesaikan beberapa masalah pada latihan soal berupa tulisan

Perwakilan kelompok mempresentasikan jawaban atas masalah pada latihan soal kepada kelompok yang lain

Penutup

Bersama siswa menyimpulkan apa yang telah dilakukan 10 menit

PENILAIAN

Teknik dan Bentuk Instrumen

Teknik Bentuk Instrumen

Pengamatan Sikap Lembar Pengamatan Sikap

Tes Kinerja Rubrik penilaian kinerja

Tes Tertulis Tes Uraian

Portofolio Panduan Penyusunan Portofolio

Penilaian1. Mekanisme dan prosedur

Penilaian dilakukan dari proses dan hasil. Penilaian proses dilakukan melalui observasi kerja kelompok, kinerja presentasi, dan laporan tertulis. Sedangkan penilaian hasil dilakukan melalui tes tertulis.

2. Aspek dan Instrumen penilaian- Instrumen observasi menggunakan lembar pengamatan dengan fokus utama pada

aktivitas dalam kelompok, kedisiplinan, dan kerjasama.- Instrumen kinerja presentasi menggunakan lembar pengamatan dengan fokus utama pada

aktivitas peran serta, kualitas visual dan isi presentasi- Instrumen laporan praktik menggunakan rubrik penilaian dengan fokus utama pada

kualitas visual, sistematika sajian data, kejujuran, dan jawaban pertanyaan.- Instrumen tes menggunakan tes tertulis uraian dan/atau pilihan ganda

3. Contoh Instrumen (Terlampir)

Sumber/ReferensiBuku Pegangan Kurikulum 2013 Fisika Jilid 1

Lampiran 1 (Lembar Kerja Siswa)

LEMBAR KERJA SISWA 1

TujuanMempelajari sifat rangkaian seri RLC pada arus bolak-balik.Alat dan Bahan

- Papan rangkaian 1 buah- Hambatan tetap 100Ω 1 buah- Kapasitor 1µF 1 buah- Kumparan 1000 lilitan dengan inti 1 buah- Saklar 1 buah- Audio generator 1 buah- Voltmeter AC atau multitester 1 buah- Amperemeter AC 1 buah- Jembatan penghubung 1 buah- Kabel penghubung merah secukupnya- Kabel penghubung hitam secukupnya

Cara Kerja1. Susunlah alat dan bahan seperti gambar di bawah ini!

2. Atur voltmeter dengan batas ukur 10 Volt AC! 3. Hubungkan audio generator dengan sumber tegangan PLN! Saklar audio generator pada

posisi off dengan pengaturan sebagai berikut.a. Pilih skala tegangan 10 x 10 mVrms

b. Pilih jenis gelombang sinusoidalc. Frekuensi awal 100 Hz

4. Periksalah kembali rangkaian5. Hidupkan audio generator6. Tutup saklar S7. Ukurlah tegangan Vab (VR), Vbc (VL), Vcd (VC), dan Vad (Vtot)!8. Ulangi langkah 6 dengan frekuensi 500 Hz dan 1.000 Hz! Catatlah hasilnya pada tabel

pengamatan

9. Bandingkan harga Vtot dengan 10. Buatlah kesimpulan dari hasil percobaan.

Tabel pengamatanNo. Frekuensi VL VR VC Vtot

1. 100 Hz2. 500 Hz3. 1000 Hz

Pertanyaan 1. Hasil pengamatan

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

2. Kesimpulan

…………………………………………………………………………………………………..……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

PENILAIAN PRODUK (LP-1)

Arus Bolak-Balik

Butir 1

Sebuah kumparan 10 mH dihubungkan dengan sumber arus bolak-balik 2 V,

100Hz. Tentukanlah kuat arus yang melalui rangkaian tersebut!

Butir 2

Sebuah induktor dengan induktansi L = 0,8 henry dialiri arus listrik bolak-balik

yang nilainya memenuhi : i = 10 sin 50 t. Tentukan nilai sesaat tegangan ujung-

ujung induktornya!

Butir 3Perhatikan rangkaian pada gambar di bawah ini.

RLC dirangkai seri. Resistor 80 Ω, induktor 1,1 H dan kapasitor 0,2 mF. Pada rangkaian tersebut dialiri arus listrik bolak balik dengan frekuensi 100 rad/s. Jika diketahui Vbc = 200 volt, maka tentukan:

a. Impedansi rangkaianb. Arus efektif yang mengalir pada rangkaianc. Tegangan efektif Vad

d. Beda fase antara tegangan Vad dengan arus yang melewati rangkaian.e. Daya yang diserap rangkaian

Kunci LP-1:

Butir 1

i = = = = = 0,32 A

Butir 2L = 0,8 henryi = 10 sin 50 tDari nilai i ini dapat diperoleh : frekuensi sudutnya ω = 50 rad/sreaktansi induktifnya memenuhi :

XL = ω L = 50 . 0,8 = 40 ΩTegangan ujung-ujung induktor dapat diperoleh dari hukum Ohm sebagai berikut.

Vm = XL Im = 40 . 10 = 400 volt dan nilai sesaatnya memiliki fase 90o lebih besardibanding arusnya, yaitu : V = Vm sin (50 t + ϕ)

v = 400 sin (50 t + 90o) Butir 3

R = 80 Ωω = 100 rad/sL = 1,1 HC = 0,2 mF = 2. 10-4 FReaktansi induktif :

XL = ωL = 100 . 1,1 = 110 ΩReaktansi kapasitif :

XC = = = 50 Ω

a. Impedansi rangkaian diselesaikan diagram fasor hambatan (ingat V ~ R). Lihat Gambar.

Dari diagram fasor tersebut dapat diperoleh impedansi:Z = = 100 Ωb. Kuat arus efektif

Vbc = VL = 200 voltXL = 110 Ωsesuai hukum Ohm maka arus efektifnya dapat ditentukan sebagai berikut.

VL = I XL

220 = I . 110 I = 2 A

c. Tegangan efektif Vad dapat ditentukan dari kuat arus dan impedansinya.Vad = I . Z = 2.100 = 200 volt

d. Beda fase antara V dan I sebesar :

tg = =

= 37 o

e. Daya yang diserap rangkaianmemenuhi:P = Vad. I . cos ϕ = 200.2. cos (-37O) = 320 watt

LP-2Format Penilaian Kinerja

Rubrik: rubrik ini digunakan sebagai acuan untuk menilai kinerja peserta didik pada waktu mengerjakan tugas tugas dan kerja ilmiah

Skor Kemampuan/keterampilan yang dinilai Skor

Kemampuan mengorganisasi tugas, kerja, atau kegiatan

Ketepatan melaksanakan tugas

5Peserta didik mempunyai pemahaman yang jelas tentang maksud tugas yang diberikan.

Ia mampu mengorganisasikan tugas dengan cara yang logis sesuai dengan suruhan yang diberikan.

peserta didik mengamati, mengukur, mencatat dan melakukan kegiatan-kegiatan lainnya dengan benar dan aman.

4Peserta didik membutuhkan sedikit bantuan untuk memahami tujuan kegiatan, tugas atau percobaan.

Ia mampu mengikuti instruksi, tapi membutuhkan beberapa bantuan dalam mengembangkan prosedur kerja/ kegiatan yang logis

Pengamatan, pengukuran, dan hasil kegiatan lainnya pada umumnya memuaskan, tapi masih ada kesalahan dalam ketepatan mencatat atau membahas.

3Peserta didik membutuhkan bantuan secukupnya untuk memahami tujuan kegiatan, tugas atau percobaan, serta dalam mengorganisasikan kerjanya

Ia mampu mengikuti tugas/instruksi jika diberikan sejumlah bantuan yang berarti

Peserta didik banyak melakukan kesalahan, baik pencatatan, dan ketepatan dalam pencatatan atau pun hasil kerja lainnya

2Peserta didik banyak bergantung pada bantuan dan dukungan agar mampu memahami tujuan tugas/ kegiatan yang diberikan, dan melakukannya

Bantuan tetap dibutuhkan walaupun dalam instruksi yang sederhana. Ketidaktepatan dalam pengamatan, pengukuran atau unsur-unsur hasil kerja lainnya.

Banyak pengamatan /unsur-unsur bahasan luput diamati atau tidak dicatat/dibahas/ dikerjakan.

1Tidak memahami tujuan kegiatan, tugas atau percobaan yang diberikan serta tidak mampu melaksanakan walaupun dengan bantuan.

Peserta didik tidak mampu mengikuti suruhan/instruksi dari tugas yang diberikan.

Pengamatan, pengukuran atau unsur-unsur hasil kerja lainnya tidak benar atau relevan dengan tugasnya

Lembar Penilaian Kinerja

No Nama Peserta didik Tugas Kerja Ilmiah Diskusi

1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 51234567891011121314151617181920

LP-3

PENILAIAN AFEKTIF

Lembar ini disusun untuk mengetahui sikap peserta didik selama mengikuti pembelajaran fisika.

Nama:

Kelas :

No. Aspek sikap Skala sikap

1 2 3 4 5

Karakter

1 Logis

Memilih alat dan bahan

Membuat rangkaian percobaan

Aktivitas yang dilakukan memiliki tujuan yang jelas

2 Berpikir kreatif

Melakukan tindakan yang bersifatanalisis

Melakukan tindakan yang bersifatsintesis

Mampu menentukan pilihan yang dianggap paling

baik

Mampu menciptakan alternatif yang lebih baik

3 Jujur

Melakukankegiatan (mengamati, mencatat,

menyimpulkan- keterampilan proses) dengan

obyektif

Berargumen secara obyektif

4 Bekerja teliti

5 Bertanggung jawab

6 Peduli

7 Berperilaku santun

Keterampilan Sosial

1 Bekerja sama,

2 Menyampaikan pendapat,

3 Menjadi pendengar yang baik,

4 Menanggapi pendapat orang lain

LP 3: PSIKOMOTOR (Eksperimen di Laboratorium)

Prosedur

1. Siapkan alat dan bahan yang dibutuhkan oleh peserta didik.

2. Tugas perwakilan kelompok peserta didik untuk memilih alat dan bahan yang

dibutuhkan.

3. Beri peserta didik waktu yang cukup untuk melakukan kegiatan eksperimen sesuai LKS.

4. Tentukan skor peserta didik sesuai dengan format asesmen kinerja pada table di bawah

ini.

5. Berikan format asesmen kepada semua kelompok sebelum kegiatan eksperimen dimulai.

6. Beri peserta didik kesempatan untuk mengases diri sendiri menggunakan format yang

telah mereka terima.

Format Asesmen Kinerja Psikomotor

No Aktivitas Skor

Maksimum

Skor Asesmen Oleh

Peserta didik

Sendiri

Guru

1 Memilih alat dan bahan 15

2 Membuat rangkaian secara benar 35

3 Melakukan pengamatan dan

pengukuran berulang dengan variasi

frekuensi

25

4 Membandingkan nilai Vtot dengan 25

Skor Total 100

LP 4: KARAKTER

Format pengamatan Prilaku Berkarakter

Nama Peserta didik : …………………………………………………….

Kelas : …………………………………………………….

Tanggal : …………………………………………………….

Petunjuk:

Untuk setiap perilakuk berkarakter di dalam tabel berikut ini yang teramati, beri penilaian

menggunakan criteria:

A = sangat baik B = baik

C = menunjukan kemajuan D = perlu perbaikan

No Rincian Tugas Kinerja

(RTK)

Kategori Penilaian Keterangan

A B C D

1 Hati-hati

2 Teliti

3 Jujur

4 Bertanggung jawab

5 Disiplin

6 Sabar

7 Rela berbagi

8 Demokratis

LP 5: KETRAMPILAN SOSIAL

Format Pengamatan Ketrampilan Sosial

Nama Peserta didik : …………………………………………………….

Kelas : …………………………………………………….

Tanggal : …………………………………………………….

Petunjuk:

Untuk setiap ketrampilan social yang terdapat di dalam table berikut ini, beri penilaian kepada

peserta didik menggunakan format berikut:

No Rincian Tugas Kinerja Kategori Penilaian Keterangan

(RTK) A B C D

1 Bertanya

2 Menjawab pertanyaan

3 Menjadi pendengar yang baik

4 Memberikan tanggapan

5 Mengkritisi teman dan guru

secara santun