10.4 第1课时 电容器及电容(Word学生用书)-【学霸笔记·同步精讲】2026-2027学年高中物理必修第三册（人教版)

该高中物理导学案围绕“电容器及电容”展开，引导学生认识电容器的构造、充放电原理，理解电容的概念及定义式。通过“观察电容器充放电现象”实验导入，结合自主学习填空、易错辨析，搭建从实验现象到抽象概念的学习支架，衔接前后知识。 以科学探究为核心，通过充放电实验电路分析、I-t图像面积理解电荷量，结合比值定义法深化电容概念，培养学生物理观念。例题与即学即练分层设计，助力学生构建知识体系，提升科学探究能力，适合课堂互动与自主学习。

第 1 课时　电容器及电容 1.知道什么是电容器及电容器的主要构造。（物理观念） 2.理解电容的概念及其定义式。（物理观念） 3.知道电容器充、放电的实验原理和实验电路。（科学探究） 知识点一　电容器 〔阅读教材P38—P39，完成下列填空〕 1.电容器：由任何两个彼此　　　　又相距很近的导体组成。 2.实验：观察电容器的充、放电现象 （1）实验电路（如图所示）：把直流电源、电阻、电容器、电流表、电压表以及单刀双掷开关组成实验电路。 ①充电过程：把开关S接1，此时电源给电容器充电，充电电流逐渐　　　　，电压表示数逐渐　　　　，当电流表示数为0时充电完毕。 ②放电过程：把开关S接2，电容器对电阻R放电。放电电流由电容器的正极板经过R流向电容器的负极板。此时电容器两极板所带电荷量减小，电势差　　　　，放电电流　　　　，最后两极板电势差以及放电电流都等于0。 （2）电容器充、放电过程中能的转化 电容器充电过程中，两极板的电荷量增加，板间的电场强度　　　　，电源的能量不断储存在　　　　中；放电过程中，电容器把储存的能量通过　　　　转化为电路中其他形式的能量。 （1）电容器只能储存同种电荷。（　　） （2）电容器带电时，只有一个极板上有电荷。（　　） （3）一个极板带电荷量是Q，则电容器的电荷量为2Q。（　　） 在“观察电容器的充、放电现象”实验中，所用器材如下：电池、电容器、电阻箱、定值电阻、小灯泡、电流表、秒表、单刀双掷开关以及导线若干。 （1）某同学设计的实验电路如图a所示。先将电阻箱的阻值调为R1，将单刀双掷开关S与“1”端相接，记录电流随时间的变化。电容器充电完成后，开关S再与“2”端相接，相接后小灯泡亮度变化情况可能是　　　　（填正确答案标号）。 A．迅速变亮，然后亮度趋于稳定 B．亮度逐渐增大，然后趋于稳定 C．迅速变亮，然后亮度逐渐减小至熄灭 （2）将电阻箱的阻值调为R2（R2＞R1），再次将开关S与“1”端相接，再次记录电流随时间的变化情况，两次得到的电流I随时间t变化如图b中曲线所示，其中实线是电阻箱阻值为　　　（填“R1”或“R2”）时的结果，曲线与坐标轴所围面积等于该次充电完成后电容器上的　　　　（填“电压”或“电荷量”）。 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 归纳总结 1.电容器充、放电的特点 （1）充电特点 ①充电电流从电源正极流出；②电容器所带电荷量增加；③极板间电场强度增大，电压升高；④电源的能量不断储存到电容器中；⑤充电后，电容器两极板间的电压与充电电压相等。 （2）放电特点 ①放电电流从正极板流出；②电容器所带电荷量减少；③极板间的场强减小，电压降低；④电容器把储存的能量通过电流做功转化为电路中其他形式的能量；⑤放电后，两极板间的电压为零。 2.电容器充、放电现象中的三点注意 （1）电容器充电时电流流向正极板，电容器放电时电流从正极板流出，且充、放电电流均逐渐减小至零。 （2）电容器充、放电过程，电容器的电容不变，极板上所带电荷量和电压按正比关系变化。 （3）电容器充、放电过程，I－t图中曲线与坐标轴围成的面积表示电容器储存的电荷量。 　（2026•山东青岛高二下学业考试）利用如图所示的电路，可以了解电容器充放电过程中，两极板间电压和电路中电流的变化，进而判断两极板储存电荷量的变化。 （1）把开关S接1，电源给电容器充电。在充电过程中，可以看到电压表示数迅速增大， 随后逐渐稳定在某一数值，此时电容器两极板带有等量　　　　（填“同种”或“异种”）电荷，上极板带　　　　（选填“正电”或“负电”）；充电过程中，两板间电场强度　　　　（选填“增大”或“减小”）。 （2）然后，把开关S接2，电容器对电阻R放电。电流表指针发生偏转，通过电阻R的放电电流　　　（选填“自上而下”或“自下而上”），此过程中两极板储存的电荷量　　　　（填“增加”或“减小”）。 知识点二　电容 〔阅读教材P40—P41，完成下列填空〕 1.电容 （1）定义：电容器所带的电荷量Q与电容器两极板之间的　　　　之比。 （2）定义式：C=　　　　。 （3）物理意义：表征电容器储存　　　　的特性。 （4）单位：在国际单位制中，电容的单位是　　　　，简称　　　　，符号是　　　　，常用单位有微法（μF）和皮法（pF）。1 μF=　　　　 F；1 pF=　　　　 F。 2.电容器的额定电压和击穿电压 （1）额定电压：电容器外壳上标的　　　　电压。 （2）击穿电压：电容器不被击穿的　　　　电压。 　（1）电容器所带的电荷量为零，电容也为零。（　　） （2）对于确定的电容器，它所带电荷量与它两极板间电压的比值保持不变。（　　） （3）当加在电容器两端的电压超过额定电压时，电容器将被击穿。（　　） 　探究电容器两极板间电势差跟所带电荷量的关系实验电路如图所示。电流传感器记录电容器充电过程中的电流，并在计算机屏幕上显示出电流随时间变化的图像，利用软件可求出I－t图像的面积即可获得电容器极板上所带的电荷量。 （1）分别接入电容器A、电容器B，调节电阻箱，使电压表的读数分别为1.5 V、3 V、4.5 V，根据I－t图像的面积求出对应的电荷量，记录数据如表格。分析实验数据你能得到什么结论？ 电容器 U/V Q/C /（C•V－1） A 1.5 1.5×10－3 1×10－3 3 3×10－3 1×10－3 4.5 4.5×10－3 1×10－3 B 1.5 3×10－3 2×10－3 3 6×10－3 2×10－3 4.5 9×10－3 2×10－3 （2）如何理解电容的定义式C=？ 1.C=为比值定义法。C的大小与Q、U无关，只跟电容器本身有关，当Q=0时，U=0，而C并不为零。 2.电容是电容器本身的一种属性，大小由电容器自身的构成情况决定。 3.对Q－U图线的理解 如图所示，Q－U图像为一条过原点的直线，其中Q为一个极板上所带电荷量的绝对值，U为两极板间的电势差，可以看出，电容器的电容也可以表示为C=，即电容器的电容的大小在数值上等于两极板间的电压增加（或减小）1 V时所需增加（或减少）的电荷量。 角度1　电容的理解 〔多选〕下列关于电容器及电容的叙述正确的是（　　） A．任何两个彼此绝缘而又相距很近的导体，都能组成电容器，与这两个导体是否带电无关 B．电容器所带的电荷量是指每个极板所带电荷量的代数和 C．电容器的电容与电容器所带电荷量成反比 D．一个电容器所带的电荷量增加ΔQ=1.0×10－6 C时，两极板间电压升高10 V，则该电容器的电容为1.0×10－7 F 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　〔多选〕对某一固定电容器充电时，图中能正确描述其电容C、带电荷量Q、极板间电压U之间相互关系的是（　　） 角度2　电容的计算 一个平行板电容器，使它每个极板所带电荷量从Q1=3×10－5 C增加到Q2=3.6×10－5 C时，两极板间的电势差从U1=10 V增加到U2=12 V，求这个电容器的电容。如要使两极板电势差从U1=10 V降到U2′=6 V，则每个极板需减少多少电荷量？ 尝试解答 　电容器储存的电能 　电容器充电的过程中两极板所带电荷量增加，两极板间电压增大，根据C=可知，U－Q图像如图所示，图像的斜率表示电容器的电容的倒数，图线与横轴所围成的面积表示电容器所储存的电能Ep（类比于v－t图像中斜率表示加速度，图线与横轴所围成的面积表示位移），则Ep=QU，又Q=CU，可得电容器所储存的电能Ep=CU2。 （2026•广东广州期末）电容器充电后就储存了能量，某同学研究电容器储存的能量E和电容器的电容C、电荷量Q及电容器两极板间的电压U之间的关系。他从等效的思想出发，认为电容器储存的能量等于把电荷从一个极板搬运到另一个极板过程中克服静电力所做的功，为此他作出电容器两极板间的电压U随电荷量Q变化的图像，如图所示，按照他的想法，下列说法正确的是（　　） A．U－Q图线的斜率越大，电容C越大 B．充电电荷量Q越大，电容C越大 C．若电容器的电荷量为Q时，储存的能量为E，则电容器的电荷量为0.5Q时，储存的能量为0.5E D．搬运ΔQ的电荷量，克服静电力所做的功近似等于ΔQ上方小矩形的面积 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 完成课后作业　第十章　4.　第1课时 答案 第1课时　电容器及电容 知识点一　 自主学习 1.绝缘　2.（1）①减小　增大　②减小　减小　（2）增大 电容器　电流做功 易错辨析 （1）×　（2）×　（3）× 课堂互动 【例 1】　（1）C　（2）R2　电荷量 解析：（1）开关S与“1”端相接时，小灯泡不发光，电容器充电；开关S与“2”端相接时，电容器放电，且放电电流逐渐变小，直至为0，故C正确，A、B错误。 （2）开始充电时实线中的电流较虚线的小，说明电路中的电阻较大，对应电阻箱阻值为R2；根据I=可知q=It，则I－t图像中曲线与坐标轴围成的面积为该次充电完成后电容器上的电荷量。 即学即练 　（1）异种　正电　增大　（2）自上而下　减小 解析：（1） 把开关S接1，电源给电容器充电。在充电过程中，可以看到电压表示数迅速增大，随后逐渐稳定在某一数值，此时电容器两极板带有等量异种电荷。因上极板与电源正极相连，故上极板带正电。充电过程中，两板间电压增大，根据E=，可知两板间电场强度增大。 （2）然后，把开关S接2，电容器对电阻R放电。电流表指针发生偏转，因下极板带负电，电子从负极板流出经电阻R到正极板，电流方向与电子运动方向相反，故通过电阻R的放电电流自上而下。此过程中两极板储存的电荷量减小。 知识点二　 自主学习 1.（1）电势差U　（2）　（3）电荷　（4）法拉　法　F　10－6　10－12　2.（1）工作　（2）极限 易错辨析 （1）×　（2）√　（3）× 课堂互动 探究 　提示：（1）对于同一电容器，所加电压越大，极板上储存的电荷越多，但是电荷量与电压的比值是不变的；对于不同的电容器，一般是不同的定值。表征了电容器储存电荷的特性。 （2）电容器具有储存电荷的特性，类似于用容器装水。电容器一个极板上所带的电荷量相当于容器的容积，两极板之间的电势差相当于容器内的水深，电容相当于容器的横截面积，显然，当两极板间的电势差（水深）相等时，电容（横截面积）大的电容器（容器）所带的电荷量（水）多。 【例 2】　AD　根据电容的定义可知，任何两个彼此绝缘而又相距很近的导体，都能组成电容器，与这两个导体是否带电无关，A正确；电容器所带的电荷量是指一个极板所带电荷量的绝对值，B错误；电容器的电容与电容器所带电荷量及两极板间的电压均无关，C错误；一个电容器所带的电荷量增加ΔQ=1.0×10－6 C时，两极板间电压升高10 V，则该电容器的电容为C==1.0×10－7 F，D正确。 即学即练 　BCD　电容器的电容C由其本身决定，与所带的电荷量Q以及两极板间电压U均无关，选项A错误，B、C正确；根据Q=CU可知，Q与U成正比关系，选项D正确。 【例 3】　3 μF　1.2×10－5 C 解析：由电容器的电容定义式C=可知Q=CU。 当电荷量为Q1时，Q1=CU1。 当电荷量为Q2时，Q2=CU2。 显然Q2－Q1=C（U2－U1）， 即C===3 μF。 当两极板间电势差降到6 V时，每个极板应减少的电荷量为ΔQ′=CΔU′=3×10－6×（10－6）C=1.2×10－5 C。 【提能驿站】 【典例 】　D　由题图可知，U和Q成正比，根据C=可知U=，故U－Q图线的斜率越大，电容C越小，故A错误；电容器的电容大小与自身结构有关，与电容器是否带电以及带电多少无关，故B错误；由W=Uq可知，搬运ΔQ的电荷量，克服静电力所做的功近似等于ΔQ上方小矩形的面积，故D正确；已知电容器的电荷量为Q时，储存的能量为E，则电容器储存的能量等于把电荷从一个极板搬运到另一个极板过程中克服静电力做的功，也就等于图像与横轴围成的面积，则E=W=QU=Q×=，对同一电容器，电容器的电荷量为0.5Q时，储存的能量为E′=Q′U′==E，电容器储存的能量E与U和Q均有关，故C错误。 5 / 5 学科网（北京）股份有限公司 $