第12章 专题强化7 含电容电路的分析与计算 电路故障分析-【优学精讲】2025-2026学年高中物理必修第三册教用课件（人教版）

该高中物理单元复习课件系统梳理了含电容电路的分析与计算及电路故障分析两大核心内容，通过分点解析电容器在直流电路中的特点、电荷量计算方法及电路故障的类型与判断方法，结合例题构建知识逻辑脉络，帮助学生建立完整的电路问题分析框架。 其亮点在于采用“知识点梳理-典型例题-即学即练-分层作业”的递进复习模式，如含电容电路动态分析例题培养科学推理能力，电路故障判断结合电压表检测强化证据意识，分层设计的能力强化练与素养提升练满足不同学生需求，助力教师精准把握学情，有效提升复习针对性与学生知识巩固效果。

专题强化7 含电容电路的分析与计算　电路故障分析 1.理解电路中电容器的特点，会处理含电容电路的分析与计算问题。 2.理解短路与断路的特点，会处理电路的故障分析问题。 学习目标 01 强化点一 含电容电路的分析与计算 02 强化点二 电路故障分析 目 录 03 课时作业 01 PART 强化点一 含电容电路的分析与计算 目 录 1. 直流电路中电容器的特点 （1）当开关闭合瞬间：电容器会充电，连接电容器的电路（或支路）中 会有充电电流。 （2）电路稳定时：电容器所在支路可看成是断路，由于电容器所在支路 中无电流通过，所以在此支路中的电阻上无电势降低，因此电容器两极板 间的电压就等于该支路两端的电压。 （3）电路变化时：①如果电容器两端电压增大，电容器将通过与它连接 的电路充电，充电时电容器相当于用电器，电流从正极板流入电容器。 ②如果电容器两端电压减小，电容器将通过与它连接的电路放电，放电时 电容器相当于电源，电流从正极板流出电容器。 物理·必修第三册 目 录 2. 电容器的电荷量及其变化量的计算：Q＝CU或ΔQ＝CΔU。 （1）如果变化前后极板带电的电性相同，那么通过所连导线的电荷量等 于始末状态电容器所带电荷量之差； （2）如果变化前后极板带电的电性相反，那么通过所连导线的电荷量等 于始末状态电容器所带电荷量之和。 物理·必修第三册 目 录 类型一电路中电容器的电荷量（或变化量）的计算问题 【例1】　如图所示电路，已知电源电动势为E，内阻不计，电容器电容为 C，闭合开关K，待电路稳定后，电容器所带的电荷量为（　　） A. CE B. CE C. CE D. CE √ 物理·必修第三册 目 录 解析：电路稳定后，由于电源内阻不计，则整个回路可看成3R、2R的串联 部分与R、4R的串联部分并联，若取电源负极为零电势点，则电容器上极 板的电势为φ上＝×2R＝，电容器下极板的电势为φ下＝×4R＝，则 电容器两极板间的电压U下上＝，则电容器上的电荷量为Q＝CU上下＝ CE，故选C。 物理·必修第三册 目 录 1. 如图所示的电路中，已知电容器电容C1＝C2，电阻R1＝R2，电源电动势 为E，内阻为r，当开关S由闭合状态断开时，下列说法正确的是（　　） A. 电容器C1的电荷量增多，C2的电荷量减少 B. 电容器C1的电荷量减少，C2的电荷量增多 C. 电容器C1、C2的电荷量都增多 D. 电容器C1、C2的电荷量都减少 √ 物理·必修第三册 目 录 解析：　开关S闭合时，电容器C1两端电压与R2两端电压相等，C2两 端电压与R1两端电压相等；开关S断开时，电路断路，电容器C1、C2两 端电压均等于电源电动势E，由Q＝CU知，电容器C1、C2的电荷量都 增多，C正确。 物理·必修第三册 目 录 类型二｜含有电容器的闭合电路的动态分析问题 【例2】　在如图所示电路中，灯L1、L2的电阻分别为R1、R2，滑动变阻器 的最大电阻为R0，且R0＞R2，电容器的电容为C。若有电流通过，灯就能 发光，假设灯的电阻不变，当滑动变阻器的滑片P由a端向b端移动过程 中，以下说法中正确的是（　　） A. L1先变暗后变亮，L2一直变亮 B. L1先变亮后变暗，L2先变暗后变亮 C. 电容器极板所带的电荷量先减小后增大 D. 电源的效率先减小后增大 √ 物理·必修第三册 目 录 解析：因为R0＞R2，灯L2与滑动变阻器的滑片P左侧部分串联的总电阻 先大于后小于右侧部分的电阻，当变阻器的滑片P由a向b端移动时，总 电阻先增大，后减小，所以总电流先减小后增大，所以通过灯L1的电 流先减小后增大，故L1先变暗后变亮，而通过L2的电流一直变大，L2 一直变亮，A正确，B错误；电容器C上的电压UC＝E－I（r＋RL1）， 总电流先减小后增大，所以电容器C上的电压先增大后减小，则电容器 极板所带的电荷量先增大后减小，C错误；电源的效率η＝×100％ ＝×100％＝＝＝1－，因为总电流先减小后增大，所以电源 的效率先增大后减小，则D错误。 物理·必修第三册 目 录 02 PART 强化点二 电路故障分析 目 录 1. 常见电路故障 （1）断路 由于导线没有连接好、用电器烧坏或未安装好等，使整个电路在某处断开 的状态就是断路，发生断路时，用电器不工作。 （2）短路 短路是指电路或电路的一部分被短接。如负载或电源的两端被导线连接起 来。发生短路时，电路中的电流往往很大，严重时会烧坏电源或设备。 物理·必修第三册 目 录 2. 电路故障的判断方法 （1）断路故障的判断：用电压表与电源并联，若电压表有示数，再逐段 与电路并联，若电压表示数等于电源电动势，则该段电路中有断路点。 （2）短路故障的判断：用电压表与电源并联，若电压表有示数，再逐段 与电路并联，若电压表示数为零，则该并联段电路被短路；若电压表示数 不为零，则该并联段电路没有被短路或不完全被短路。 物理·必修第三册 目 录 【例3】　在如图所示的闭合电路中，两个灯泡L1、L2均发光，由于电路故 障，灯泡L1变暗、灯泡L2变亮，两个灯泡均不被烧坏。若电源电压恒定， 不计电源内阻，则可能出现的故障是（　　） A. 滑动变阻器R3发生断路 B. 定值电阻R1出现短路 C. 定值电阻R2发生断路 D. 定值电阻R1、R2可能同时发生短路 √ 物理·必修第三册 目 录 解析：若R3断路，对L1、L2所在的支路没有影响，则两灯泡的亮度均不 变，A错误；若R1短路，L1、L2所在的支路电阻变小，所在支路的电流增 大，通过灯泡L1的电流增大，灯泡L1变亮，通过灯泡L2的电流也增大，则 灯泡L2也变亮，B错误；若R2断路，L1、L2所在支路的电阻增大，所在支路 的电流减小，通过灯泡L1的电流减小，灯泡L1、R1两端电压减小，灯泡L2 两端电压增大，故灯泡L1变暗，灯泡L2变亮，C正确；R1、R2同时短路，L2 不亮，D错误。 物理·必修第三册 目 录 2. 在如图所示的电路中，干电池、开关和额定电压为1.5 V的灯泡组成闭 合电路。当闭合开关时，发现灯泡不发光。在闭合开关的情况下，某同学 用多用电表直流电压挡进行检测。检测结果如下表所示，已知电路仅有一 处故障，由此做出的判断中正确的是（　　） 测试点 A、B D、E E、F F、B 多用表示数 1.5 V 0 1.5 V 0 A. A、C间导线断路 B. D、E间导线断路 C. 灯泡断路 D. F、B间导线断路 解析：　E、F间电压值为1.5 V，则A、C间导线、D、E间导线、F、B间 导线均没有断路，所以灯泡断路，故C正确。 √ 物理·必修第三册 目 录 03 PART 课时作业 目 录 1. 如图所示的电路，1、4两接线柱接有电压恒为6 V的电源，发现电路接 通后两小灯泡均不发光，小明用一只电压表分别接在两接线柱上时，电压 表的示数分别为U14 ＝6 V、U12＝0、U23＝6 V、U34＝0。则下列说法正确 的是（　　） A. 由以上数据可知小灯泡L1发生了断路 B. 由以上数据可知小灯泡L2发生了断路 C. 由以上数据可知滑动变阻器发生了断路 D. 由以上数据可知电源发生了断路 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 物理·必修第三册 目 录 解析：　若灯泡L1发生断路，电路中没有电流，则U34＝U23＝0，U12 ＝6 V，A错误；若灯泡L2发生断路，电路中没有电流，则U12＝U23＝ 0，U34＝6 V，B错误；若滑动变阻器发生了断路，电路中没有电流， 则U34＝U12＝0，U23＝6 V，C正确；若电源发生断路，则U14＝U12＝ U23＝U34＝0，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 物理·必修第三册 目 录 2. 如图所示，接通开关S，灯泡L1、L2都正常发光。某时刻由于电路故障两灯突然熄灭。若故障只有一处，则下列说法正确的是（　　） A. 如果将电压表并联在c、d两端有示数，说明c、d间完好 B. 如果将电压表并联在a、c两端示数为0，说明a、c间断路 C. 如果将电流表并联在a、c两端示数为0，说明c、d间完好 D. 如果将电压表并联在a、d两端有示数，并联a、c两端示数为0，说明c、d间断路 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 物理·必修第三册 目 录 解析：电路故障分为断路和短路，故障只有一处，假设发生了短路，如果是某盏灯短路，该灯熄灭，而另一盏灯应该变亮，如果是两盏灯以外的元件短路，则两盏灯均变亮，故假设不成立。电路故障应为断路。电压表并联在c、d两端有示数，说明c、d间发生了断路，故A错误；电压表并联在a、c两端示数为0，说明a、c部分以外的电路发生了断路，而a、c间电路完好，故B错误；电流表并联在a、c两端示数为0，说明a、c部分以外的电路发生了断路，而a、c间电路完好，无法说明c、d间情况，故C错误；电压表并联在a、d两端有示数，说明a、d段发生了断路，并联a、c两端示数为0，说明a、c部分以外的电路发生了断路，故综合以上两点，应是c、d间断路，故D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 物理·必修第三册 目 录 3. 如图所示的电路中，电源电动势E＝3 V，内电阻r＝1 Ω，定值电阻R1＝ 3 Ω，R2＝2 Ω，电容器的电容C＝100 μF，则下列说法正确的是（　　） A. 闭合开关S，电路稳定后电容器两端的电压为3 V B. 闭合开关S，电路稳定后电容器所带电荷量为 3.0×10－4 C C. 闭合开关S，电路稳定后电容器所带电荷量为 1.5×10－4 C D. 先闭合开关S，电路稳定后断开开关S，通过电阻R1 的电荷量为3.0×10－4 C √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 物理·必修第三册 目 录 解析：　闭合开关S，电路稳定后电流I＝＝0.5 A，电容器两端 的电压为U＝IR1＝1.5 V，选项A错误；闭合开关S，电路稳定后电容器所 带电荷量Q＝CU＝100×10－6×1.5 C＝1.5×10－4 C，选项B错误，C正 确；先闭合开关S，电路稳定后断开开关S，电容器C放电，通过电阻R1的 电荷量为1.5×10－4 C，选项D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 物理·必修第三册 目 录 4. 阻值相等的四个定值电阻、电容器C及电池E（内阻可忽略）连接成如 图所示电路。开关S断开且电流稳定时，电容器C所带的电荷量为Q1；闭合 开关S，电流再次稳定后，电容器C所带的电荷量为Q2。Q1与Q2的比值为 （　　） A. B. C. D. √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 物理·必修第三册 目 录 解析：　开关S断开时等效电路如 图甲所示， 电容器C两端电压为U1＝ ×R×＝E,开关S闭合时等效电路如图乙所示， 电容器C两端电压为U2＝×R＝E 由Q＝CU得＝＝，故选项C正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 物理·必修第三册 目 录 5. 如图所示，电源电动势为E，内阻为r，R1＞r，当电路中滑动变阻器R2 的滑片P向上滑动时，以下说法正确的是（　　） A. 电容器下极板的电荷量增大 B. 电压表的读数不变 C. 电源的总功率变大 D. 电源的效率变大 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 物理·必修第三册 目 录 解析：　滑动变阻器的滑片P向上滑动，R2接入电路的电阻减小，由I＝ 可知电流I增大，根据闭合电路欧姆定律可得U＝E－Ir，故路端 电压变小，即电压表的读数减小；又电阻R1两端电压增大，则电容器两端 的电压UC减小，根据Q＝CUC可得，电容器所带电荷量减小，故电容器下 极板的电荷量减小，故A、B错误；电源的总功率为P总＝EI，因为电流I增 大，所以电源的总功率变大，故C正确；不考虑电容器对电路的影响，电 源的效率为η＝×100％＝×100％，I增大，则η减小，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 物理·必修第三册 目 录 6. 如图所示的电路中，闭合开关S后，灯L1、L2都能发光。后来由于某种 故障使灯L2突然变亮（未烧坏），电压表的读数增大，由此可推断，这故 障可能是（　　） A. 电阻R1断路 B. 电阻R2短路 C. 灯L1上两接线柱间短路 D. 电阻R2断路 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 物理·必修第三册 目 录 解析：　根据题设条件，电路中的某种故障产生两个后果：一是灯L2突 然变亮，二是电压表的读数增大。只有同时符合这两个条件的故障才是可 能的故障，因为电压表的读数增大，所以路端电压增大，电源内阻上的电 压减小，说明总电流减小，电路总电阻增大。若电阻R1断路，会导致总电 阻增大，总电流减小，而此时灯L2两端电压会减小，致使灯L2变暗；若电 阻R2短路，灯L2将不亮；若灯L1上两接线柱间短路，电路的总电阻减小， 总电流增大，电压表读数减小；若电阻R2断路，电路的总电阻增大，总电 流减小，电压表的读数增大；而总电流减小导致内电压和灯L1、R1并联部 分电压减小，灯L2两端电压增大，灯L2变亮，故选D。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 物理·必修第三册 目 录 7. 〔多选〕如图为一电源电动势为E，内阻为r的闭合电路，电压表的内阻为10 kΩ，B为静电计，C1、C2分别是两个电容器，将开关S闭合一段时间，下列说法正确的是（　　） A. 若C1＞C2，则电压表两端的电势差大于静电计两端的电势差 B. 若将滑动变阻器滑片P向右滑动，则电容器C2上带电荷量增大 C. C1上带电荷量为零 D. 再将开关S断开，然后使电容器C2两极板间距离增大，则静电计张角也增大 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 物理·必修第三册 目 录 解析：由于静电计的两个电极是彼此绝缘的，电压表是由电流表改装成的，电路稳定后，电路中没有电流，电压表示数为零，而电容器C2充电，两端存在电压。所以电压表两端的电势差小于静电计两端的电势差，故A错误；电路稳定后，电容器C2的电压等于电源的电动势，保持不变，将滑动变阻器滑片P向右滑动，电容器C2的电压不变，带电荷量不变，故B错误；由于电压表示数为零，电容器C1没有被充电，带电荷量为零，故C正确；将开关S断开，电容器C2的带电荷量Q不变，板间距离增大，电容C减小，由公式C＝分析可知，板间电压增大，静电计张角增大，故D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 物理·必修第三册 目 录 8. 如图所示，电源电动势E＝6 V，内阻不计，电阻R1＝2 Ω，R2＝4 Ω，R3 ＝6 Ω，电容器电容C＝4 μF，下列说法正确的是（　　） A. S断开时电容器的电压为2 V B. S断开时电容器a极板带负电 C. S闭合，电路稳定后，电容器b极板带负电 D. S闭合，电路稳定后，电容器所带电荷量为8×10－6 C √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 物理·必修第三册 目 录 解析：　S断开时，C相当于断路，R3中无电流，C两端电压等于R2两端 电压，电容器a极板的电势比b极板的电势高，所以电容器a极板带正电，电 容器的电压U2＝＝4 V，故A、B错误；S闭合，电路稳定后，R1和R2 先串联再与R3并联，电容器b极板的电势比a极板电势高，b极板带正电，电 容器两端电压即R1两端电压，为U1＝2 V，电容器所带电荷量为Q＝CU1＝ 8×10－6 C，故C错误，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 物理·必修第三册 目 录 9. 〔多选〕如图所示，E为电源，其内阻不可忽略，RT为热敏电阻，其阻 值随温度的升高而减小，L为指示灯泡，C为平行板电容器，G为灵敏电流 计。闭合开关S，当环境温度明显升高时，下列说法正确的是（　　） A. L变亮 B. RT两端电压变大 C. C所带的电荷量保持不变 D. G中电流方向由a到b √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 物理·必修第三册 目 录 解析：环境温度明显升高时，RT的阻值减小，电路电流增大，灯泡L变亮，所以A正确；RT的阻值减小，根据串联电路的分压规律，RT两端的电压减小，所以B错误；外电路的电阻减小，故路端电压减小，电容器的电压减小，电荷量减少，所以C错误；电容器的电荷量减少，发生放电现象，故G中电流方向由a到b，所以D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 物理·必修第三册 目 录 10. 〔多选〕在如图所示的电路中，C为电容器，R1为0～99.00 Ω的电阻 箱，电源内阻r＝5 Ω，定值电阻R2＝2 Ω，R3＝R4＝5 Ω。现闭合开关S，调 节R1使其电阻从零逐渐增至最大，在此过程中（　　） A. 电容器的a极板先带正电后带负电 B. 电容器的a极板先带负电后带正电 C. 电源的输出功率先增大后减小 D. 电容器两极板间的电压先增大后减小 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 物理·必修第三册 目 录 解析：当R1为零时，a极板接电源正极，电势最高，带正电，当R1＝2 Ω时，电容器两极板电势相等，不带电，当R1＞2 Ω时，b极板电势较高，a极板带负电，即电容器两极板间的电压先减小后增大，A正确，B、D错误；当R1为零时，外电阻最小，最小值为Rmin＝≈1.67 Ω，当R1最大时，外电阻最大，最大值为Rmax＝≈9.1 Ω，当外电阻等于内阻时，电源的输出功率最大，所以电源的输出功率先增大后减小，C正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 物理·必修第三册 目 录 11. 如图所示，E＝10 V，r＝1 Ω，R1＝R3＝5 Ω，R2＝4 Ω，C＝100 μF。 当S断开时，电容器中带电粒子恰好处于静止状态。求： （1）S闭合后，带电粒子加速度的大小和方向； 答案：g　方向竖直向上　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 物理·必修第三册 目 录 解析：开始带电粒子恰好处于静止状态，必有qE＝mg且qE方向竖直向上。S断开时，带电粒子恰好处于静止状态，设电容器两极板间距离为 d，有UC＝E＝4 V，＝mg。 S闭合后，有UC'＝E＝8 V 设带电粒子加速度为a， 则－mg＝ma，解得a＝g，方向竖直向上。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 物理·必修第三册 目 录 （2）S闭合后流过R3的总电荷量。 答案：4×10－4 C 解析： S闭合后，流过R3的总电荷量等于电容器上电荷的增加量，所以ΔQ＝C（UC'－UC）＝4×10－4 C。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 物理·必修第三册 目 录 $