Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh: (1) pembelajaran fisika menggunakan pendekatan berbasis masalah dengan metode eksperimen dan demonstrasi, (2) tingkat motivasi belajar, (3) kemampuan awal siswa, dan interaksi antara: (4) metode pembelajaran dengan motivasi belajar, (5) metode pembelajaran dengan kemampuan awal siswa, (6) motivasi belajar dan kemampuan awal siswa terhadap prestasi belajar fisika, (7) metode pembelajaran, motivasi belajar dan kemampuan awal siswa terhadap prestasi belajar. Penelitian ini menggunakan metode eksperimental. Populasi penelitian adalah seluruh siswa kelas XI program IPA SMA Negeri 1 Klaten Tahun pelajaran 2010/2011, sebanyak 8 kelas. Sampel penelitian ditentukan secara acak dengan teknik cluster random sampling sebanyak dua kelas. Kelas XI IPA3 dengan metode eksperimen dan kelas XI IPA5 dengan metode demonstrasi. Teknik pengumpulan data menggunakan metode tes untuk mendapatkan data prestasi belajar kognitif dan kemampuan awal siswa, sedangkan metode angket untuk mendapatkan informasi motivasi belajar dan prestasi belajar afektif. Uji hipotesis penelitian menggunakan anava tiga jalan dengan desain faktorial 2x2x2 dan frekuensi sel tidak sama. Dari hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa: (1) prestasi kognitif siswa menggunakan pembelajaran fisika berbasis masalah dengan metode eksperimen lebih baik dari pada metode demonstrasi. (2) ada pengaruh motivasi belajar siswa kategori tinggi dan rendah terhadap kemampuan kognitif. (3) Ada pengaruh kemampuan awal kategori tinggi dan rendah terhadap kemampuan kognitif. (4) Ada interaksi antara pembelajaran fisika berbasis masalah menggunakan metode eksperimen dan demonstrasi dengan motivasi belajar terhadap kemampuan kognitif. (5) Tidak ada interaksi antara pembelajaran fisika berbasis masalah menggunakan metode eksperimen dan demonstrasi dengan kemampuan awal terhadap kemampuan kognitif. (6) Tidak ada interaksi antara motivasi belajar dengan kemampuan awal terhadap kemampuan kognitif. (7) Tidak ada interaksi antara pembelajaran fisika berbasis masalah menggunakan metode eksperimen dan demonstrasi, motivasi belajar siswa dan kemampuan awal terhadap kemampuan kognitif.