Contoh Soal OSN IPA SD Materi Magnet dan Kelistrikan Beserta Pembahasan Lengkap

Olimpiade Sains Nasional (OSN) tingkat Sekolah Dasar (SD) merupakan ajang kompetisi sains bergengsi yang menuntut siswa untuk memiliki pemahaman konsep yang mendalam, bukan sekadar hafalan. Dalam silabus OSN IPA SD, bidang Fisika memegang porsi yang cukup signifikan, di mana materi magnet dan kelistrikan hampir selalu muncul dalam berbagai variasi soal tingkat tinggi (Higher Order Thinking Skills / HOTS).

Kedua materi ini saling berkaitan erat karena dalam ilmu fisika modern, kelistrikan dapat menghasilkan medan magnet (elektromagnetik), dan sebaliknya, perubahan medan magnet dapat menghasilkan arus listrik (induksi elektromagnetik).

Bagi guru, orang tua, dan siswa yang sedang mempersiapkan diri menuju podium juara OSN, berikut ini disajikan ringkasan konsep esensial serta 10 contoh soal OSN IPA SD materi magnet dan kelistrikan lengkap dengan pembahasannya yang mendalam.

Ringkasan Konsep Kunci yang Sering Keluar di OSN

Sebelum masuk ke contoh soal, pastikan siswa sudah memahami konsep dasar berikut:

Sifat Magnet: Kutub yang senama akan tolak-menolak, sedangkan kutub yang tidak senama akan tarik-menarik. Gaya magnet terbesar berada di ujung-ujung kutubnya.
Membuat Magnet: Ada tiga metode dasar, yaitu menggosok (searah), induksi (mendekatkan), dan elektromagnet (mengalirkan arus listrik searah/DC).
Rangkaian Listrik: Rangkaian seri (arus sama, hambatan total besar, jika satu lampu mati semua mati) dan rangkaian paralel (tegangan sama, hambatan total kecil, jika satu lampu mati yang lain tetap menyala).
Faktor Elektromagnet: Kekuatan magnet listrik dipengaruhi oleh jumlah lilitan kawat, besar arus listrik, dan keberadaan inti besi di dalam kumparan.

10 Contoh Soal OSN IPA SD Materi Magnet & Kelistrikan

Soal 1: Penentuan Kutub Magnet Hasil Gosokan

Sebuah batang besi AB dibuat menjadi magnet dengan cara digosok menggunakan magnet tetap secara searah. Penggosokan dimulai dari ujung A menuju ujung B dengan menggunakan kutub Utara magnet tetap. Setelah besi AB menjadi magnet, ujung B kemudian didekatkan pada kutub Selatan magnet jarum. Peristiwa yang akan terjadi adalah… A. Ujung B menolak kutub Selatan magnet jarum B. Ujung B menarik kutub Selatan magnet jarum C. Ujung A menolak kutub Selatan magnet jarum D. Ujung A menarik kutub Utara magnet jarum

Pembahasan: Pada metode pembuatan magnet dengan cara menggosok, ujung terakhir batang besi yang disentuh/digosok akan memiliki kutub yang berlawanan dengan kutub magnet penggosoknya.

Karena penggosokan dilakukan dari A ke B menggunakan kutub Utara, maka ujung terakhir yang digosok adalah B.
Jadi, ujung B akan menjadi kutub Selatan, dan ujung A otomatis menjadi kutub Utara.
Ketika ujung B (kutub Selatan) didekatkan pada kutub Selatan magnet jarum, maka kedua kutub tersebut senama sehingga akan terjadi gaya tolak-menolak.
Jawaban Benar: A

Soal 2: Karakteristik Elektromagnet (HOTS)

Perhatikan gambar kumparan kawat yang dililitkan pada sebuah paku besi di bawah ini! Paku tersebut dihubungkan dengan sebuah baterai sehingga mampu menarik beberapa klip kertas. Tindakan berikut yang paling efektif untuk meningkatkan jumlah klip kertas yang dapat ditarik oleh paku besi tersebut adalah… A. Mengganti paku besi dengan paku baja yang berukuran lebih kecil B. Mengurangi jumlah lilitan kawat pada paku besi tersebut C. Menambah jumlah baterai yang disusun secara seri D. Membalik polaritas (kutub positif dan negatif) baterai

Pembahasan: Kekuatan sebuah elektromagnet (magnet listrik) berbanding lurus dengan besar kuat arus listrik yang mengalir dan jumlah lilitan kawatnya.

Menambah jumlah baterai secara seri akan meningkatkan tegangan listrik total, sehingga arus listrik yang mengalir melewati kumparan semakin besar. Arus yang besar membuat medan magnet semakin kuat, sehingga mampu menarik klip kertas lebih banyak.
Mengurangi lilitan (pilihan B) justru memperlemah magnet. Membalik polaritas baterai (pilihan D) hanya membalik kutub magnetnya saja tanpa mengubah kekuatannya.
Jawaban Benar: C

Soal 3: Analisis Rangkaian Lampu Seri dan Paralel

Empat buah lampu identik (L1,L2,L3, dan L4) dirangkai dalam sebuah sirkuit listrik. L1 disusun secara seri dengan kombinasi paralel dari L2,L3, dan L4. Jika lampu L2 tiba-tiba putus (filamennya rusak), maka hal yang akan terjadi pada lampu-lampu lainnya adalah… A. Semua lampu langsung padam B. L1 tetap menyala, sedangkan L3 dan L4 padam C. L1 padam, sedangkan L3 dan L4 bertambah terang D. L1,L3, dan L4 tetap menyala, namun kecerahan L1 sedikit berkurang

Pembahasan:

Karena L2,L3, dan L4 disusun secara paralel, jika L2 putus, arus listrik masih memiliki jalur alternatif untuk mengalir melewati cabang tempat L3 dan L4 berada. Oleh karena itu, L3 dan L4 tetap menyala.
Namun, karena salah satu cabang paralel (jalur L2) hilang, hambatan total pada bagian paralel tersebut meningkat. Akibat hambatan total sirkuit membesar, kuat arus utama yang mengalir dari baterai (yang melewati L1) akan mengecil. Hal ini membuat lampu L1 tetap menyala tetapi dengan tingkat kecerahan yang berkurang.
Jawaban Benar: D

Soal 4: Sifat Kemagnetan Bahan

Di laboratorium sekolah, terdapat tiga buah batang logam misterius bertanda X,Y, dan Z. Ketika didekatkan pada sebuah magnet kuat:

Logama X ditarik dengan sangat kuat hingga sulit dilepaskan.
Logam Y ditarik namun sangat lemah.
Logam Z justru ditolak sedikit oleh magnet tersebut. Berdasarkan sifat kemagnetannya, jenis bahan X,Y, dan Z berturut-turut yang paling tepat adalah… A. Feromagnetik, Paramagnetik, dan Diamagnetik B. Paramagnetik, Feromagnetik, dan Diamagnetik C. Diamagnetik, Paramagnetik, ka Feromagnetik D. Feromagnetik, Diamagnetik, dan Paramagnetik

Pembahasan:

Feromagnetik: Bahan yang ditarik dengan sangat kuat oleh magnet (contoh: besi, baja, nikel, kobalt). Berarti logam X.
Paramagnetik: Bahan yang ditarik dengan lemah oleh magnet (contoh: aluminium, platina). Berarti logam Y.
Diamagnetik: Bahan yang ditolak dengan lemah oleh magnet (contoh: emas, tembaga, bismuth). Berarti logam Z.
Jawaban Benar: A

Soal 5: Konsep Induksi Elektromagnetik

Seorang siswa menggerakkan sebuah magnet batang keluar-masuk di dalam sebuah kumparan kawat yang kedua ujungnya dihubungkan ke alat ukur Galvanometer. Jarum pada Galvanometer tampak menyimpang ke kanan dan ke kiri secara bergantian. Fenomena fisis yang mendasari peristiwa ini dinamakan… A. Gaya Lorentz B. Induksi Elektromagnetik C. Efek Joule D. Elektrolisis

Pembahasan: Gerakan magnet batang yang keluar-masuk kumparan menyebabkan jumlah garis gaya magnet di dalam kumparan terus berubah. Perubahan medan magnet ini memicu timbulnya gaya gerak listrik (GGL) induksi yang menghasilkan arus bolak-balik (AC). Proses menghasilkan arus listrik melalui medan magnet ini disebut Induksi Elektromagnetik (ditemukan oleh Michael Faraday).

Jawaban Benar: B

Soal 6: Pembuatan Magnet Secara Induksi

Batang besi PQ didekatkan pada kutub Utara sebuah magnet tetap tanpa menyentuhnya. Ujung P berada dekat dengan kutub Utara magnet tersebut, sedangkan ujung Q berada di posisi yang paling jauh. Jika sebuah paku kecil didekatkan pada ujung Q, paku tersebut menempel. Kutub magnet yang terbentuk pada ujung P dan Q berturut-turut adalah… A. P kutub Utara, Q kutub Selatan B. P kutub Selatan, Q kutub Utara C. P kutub Utara, Q kutub Utara D. P kutub Selatan, Q kutub Selatan

Pembahasan: Pada metode induksi, ujung besi yang berdekatan dengan kutub magnet penginduksi akan memiliki kutub yang berlawanan.

Karena ujung P didekatkan dengan kutub Utara magnet tetap, maka ujung P menjadi kutub Selatan.
Otomatis, ujung yang berlawanan (Q) akan menjadi kutub Utara.
Jawaban Benar: B

Soal 7: Hubungan Hambatan dan Panjang Kawat Listrik

Dua buah kawat penghantar terbuat dari bahan tembaga yang sama. Kawat pertama memiliki panjang L, sedangkan kawat kedua memiliki panjang 2L dengan ketebalan (luas penampang) yang persis sama. Jika kedua kawat tersebut diuji dalam sebuah rangkaian listrik dengan tegangan yang sama, maka… A. Kawat kedua mengalirkan arus listrik yang lebih besar B. Kawat pertama memiliki hambatan listrik yang lebih besar C. Kawat kedua memiliki hambatan listrik dua kali lebih besar dari kawat pertama D. Kedua kawat mengalirkan arus listrik yang sama besar

Pembahasan: Hambatan listrik suatu kawat (R) berbanding lurus dengan panjang kawatnya (L). Semakin panjang sebuah kawat, semakin besar pula hambatan listriknya karena elektron harus berjalan lebih jauh dan menghadapi lebih banyak rintangan.

Karena kawat kedua panjangnya dua kali lipat (2L) dari kawat pertama (L), maka hambatan listrik kawat kedua adalah dua kali lebih besar dari kawat pertama.
Berdasarkan Hukum Ohm, hambatan yang besar justru membuat kuat arus yang mengalir menjadi lebih kecil.
Jawaban Benar: C

Soal 8: Penyebab Hilangnya Sifat Magnet

Sifat kemagnetan sebuah magnet permanen dapat melemah atau bahkan hilang sama sekali jika magnet tersebut diperlakukan dengan cara di bawah ini, kecuali… A. Dibakar atau dipanaskan hingga suhu tinggi B. Dipukul-pukul dengan palu secara keras dan berulang C. Dialiri arus listrik bolak-balik (AC) D. Dilapisi dengan minyak atau disimpan di dalam air

Pembahasan: Sifat magnet ditentukan oleh keteraturan arah magnet elementer di dalamnya. Sifat magnet dapat hilang jika susunan magnet elementer tersebut menjadi acak/rusak. Cara merusaknya adalah dengan dipanaskan (dibakar), dipukul-pukul keras, atau dialiri arus bolak-balik (AC).

Menyimpan magnet di dalam air atau melapisinya dengan minyak tidak akan merusak keteraturan magnet elementer, sehingga sifat kemagnetannya tetap terjaga.
Jawaban Benar: D

Soal 9: Konduktor dan Isolator Listrik Eksotis

Dalam sebuah eksperimen sains OSN, siswa diminta menguji daya hantar listrik beberapa bahan non-logam. Bahan berikut yang merupakan non-logam namun secara mengejutkan dapat bertindak sebagai konduktor listrik yang baik adalah… A. Grafit (Karbon) B. Intan C. Plastik PVC D. Karet Sintetis

Pembahasan: Secara umum, konduktor berasal dari kelompok logam. Namun, grafit (salah satu bentuk alotrop karbon yang biasa ditemukan pada isi pensil) memiliki elektron valensi yang bebas bergerak di antara lapisan strukturnya. Hal ini membuat grafit mampu menghantarkan arus listrik dengan sangat baik meskipun berwujud non-logam. Intan (juga bentuk karbon) tidak memiliki elektron bebas, sehingga bersifat isolator.

Jawaban Benar: A

Soal 10: Energi dan Daya Listrik Rumah Tangga

Sebuah lampu hias di kamar bertuliskan spesifikasi 20 Watt, 220 Volt. Jika lampu tersebut dinyalakan selama tepat 5 jam setiap harinya, maka energi listrik yang dikonsumsi oleh lampu tersebut selama satu hari adalah sebesar… A. 100 Joule B. 100 Watt-jam (Wh) C. 1.100 Watt D. 44 Kilowatt-jam (kWh)

Pembahasan: Energi listrik (E) dihitung dengan mengalikan daya listrik (P) dengan lamanya waktu penggunaan (t).

Formula: E=P×t
Substitusi data: E=20 Watt×5 jam=100 Watt-jam atau ditulis sebagai 100 Wh.
Jika dikonversi ke kWh, nilainya setara dengan 0,1 kWh.
Jawaban Benar: B

Strategi Jitu Mengerjakan Soal Fisika OSN IPA SD

Untuk meraih hasil maksimal saat hari H pelaksanaan ujian OSN, latih siswa untuk menerapkan teknik-teknik berikut:

Visualisasikan Rangkaian: Jangan hanya dibayangkan. Selalu gambar ulang skema rangkaian listrik atau batang magnet di kertas buram untuk melacak arah arus atau kutub dengan pensil.
Pahami Logika Pengecoh: Pembuat soal OSN sering kali meletakkan jawaban jebakan di pilihan A. Baca seluruh opsi (A sampai D) terlebih dahulu sebelum memutuskan menjatuhkan pilihan.
Kuasai Satuan: Banyak siswa yang terjebak bukan karena salah menghitung, melainkan karena salah melihat satuan (misalnya antara Wh dan kWh atau Joule dan Watt).

Selamat belajar, kuasai konsepnya secara matang, sering-seringlah berlatih variasi soal HOTS, dan semoga sukses dalam ajang OSN IPA SD tahun ini!

penulis:M.A