专题强化5 含电容器电路的分析与计算 电路故障分析(课件PPT)-【学霸笔记·同步精讲】2026-2027学年高中物理必修第三册（人教版）

该高中物理课件聚焦含电容器电路的分析与计算、电路故障分析，通过衔接直流电路基础，以电容器充放电特点、稳定时断路模型及短路断路故障类型为学习支架，帮助学生构建知识脉络。 其亮点在于以科学思维为核心，通过动态分析例题（如滑动变阻器移动时电容电荷量变化）和故障判断规律总结（如电压表检测断路短路），强化模型建构与科学推理。学生能提升问题解决能力，教师可借助分层训练高效开展专题教学。

专题强化5 含电容器电路的分析与计算　电路故障分析 第十二章　电能　能量守恒定律 1 1.理解含电容器电路的特点，会处理含电容电路的分析与计算问题。（科学思维） 2.理解短路与断路的特点，会处理电路的故障分析问题。（科学思维） 素养目标 2 目 录 CONTENTS 强化点一　含电容器电路的分析与计算 强化点二　电路故障分析 课时作业 3 强化点一　含电容器电路的分析与计算 目 录 4 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。 目 录 物 理·必修第三册 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。 目 录 物 理·必修第三册 角度1　电路中电容器的电荷量（或变化量）的计算问题 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（　D　） D 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 目 录 物 理·必修第三册 解析：S断开时，电路稳定后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，干路电流为I＝＝2 A，电容器两 端电压即R1两端电压，为U1＝R1＝2 V，电容器所带电荷量为Q＝CU1 ＝8×10－6 C，故C错误，D正确。 目 录 物 理·必修第三册 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 √ 目 录 物 理·必修第三册 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。 目 录 物 理·必修第三册 角度2　含有电容器的闭合电路的动态分析问题 （2026·辽宁营口期末）如图所示，电流表、电压表均为理想电表，L 为小电珠。R为滑动变阻器，电源电动势为E，内阻为r。现将开关S闭合， 当滑动变阻器滑片P向左移动时，下列结论正确的是（　A　） A A. 电流表示数变小，电压表示数变大 B. 小电珠L变亮 C. 电容器C上电荷量减小 D. 电源的总功率变大 目 录 物 理·必修第三册 解析：滑片向左移动，滑动变阻器接入电路的电阻变大，根据闭合电路欧 姆定律可知，干路电流减小，电流表的示数减小，根据串联电路的分压原 理，则随着滑动变阻器接入电路的电阻的增大，其分压相应增大，电压表 示数增大，选项A正确；干路电流减小，小电珠变暗，选项B错误；电容器 与滑动变阻器并联，分压升高，则电容器上的电荷增多，选项C错误；干 路电流减小，电源电动势不变，则电源的总功率P＝EI减小，选项D错误。 目 录 物 理·必修第三册 　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 √ 目 录 物 理·必修第三册 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，当滑动变阻器的滑片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。 目 录 物 理·必修第三册 强化点二　电路故障分析 目 录 15 　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。 目 录 物 理·必修第三册 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（　C　） C 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 目 录 物 理·必修第三册 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。 目 录 物 理·必修第三册 规律总结 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。 目 录 物 理·必修第三册 　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 √ 目 录 物 理·必修第三册 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。 目 录 物 理·必修第三册 课时作业 目 录 22 1. 〔多选〕如图所示的电路中，电源电动势为E、内阻为r，定值电阻的阻 值R1＝R2＝r，电容器电容为C。开关S处于闭合状态，下列说法正确的是 （　　） A. 电容器左极板带正电 B. 电容器带电荷量为CE C. 将开关S断开，电路稳定后电容器不带电 D. 将开关S断开，电路稳定后电容器带电量增加CE 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ √ 目 录 物 理·必修第三册 解析： 　电容器左极板与电源正极连接，左极板带正电，故A正确；根 据串联电路电压规律可知U2＝E＝E，电容器带电荷量为Q＝CU2 ＝CE，故B错误；将开关S断开，电路稳定后电容器与电源连接，则电容 器依然带电，故C错误；将开关S断开，电路稳定后电容器两极板的电势差 为E，则带电荷量增加ΔQ＝CE－CU2＝CE，故D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 目 录 物 理·必修第三册 2. （2026·广西桂林期中）如图所示，R1＝R2＝R3＝R4＝R，开关S闭合 时，间距为d的平行板电容器C的正中间有一质量为m、电荷量为q的小球恰 好处于静止状态，则开关S断开时，小球的运动 情况为（　　） A. 向下运动 B. 向上运动 C. 保持静止 D. 不能确定 解析：　电容器极板间电压为R4两端电压，开关断开后，外电路电阻增 加，致使干路电流减小，由U＝IR，易知，极板间电压减小，小球所受静 电力减小，则向下运动。故A正确，B、C、D错误。 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 目 录 物 理·必修第三册 3. 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 12 目 录 物 理·必修第三册 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 12 目 录 物 理·必修第三册 4. 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 12 目 录 物 理·必修第三册 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 12 目 录 物 理·必修第三册 5. （2026·江苏宿迁期中）某工厂相邻两车间A、B的照明电路由一个开关 控制，其电路图如图所示，电源电动势为E、内阻为r，闭合开关S后，两 车间内相同的a、b灯都正常发光，后来由于某种故障A车间内的a灯突然变 亮，B车间内的b灯突然变暗，此故障可能是（　　） A. 电阻R0短路 B. 电阻RA短路 C. 电阻RB短路 D. 电阻RA、RB同时短路 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 目 录 物 理·必修第三册 解析：　若电阻R0短路，总电阻减小，干路电流增大，两支路电流均增 大，两灯均变亮，故A错误；若电阻RA短路，总电阻减小，干路电流增 大，并联部分电压减小，b灯变暗，由b灯支路电流减小知a灯支路电流增 大，a灯突然变亮，故B正确；若电阻RB短路，总电阻减小，干路电流增 大，并联部分电压减小，a灯变暗，由a灯支路电流减小知b灯支路电流增 大，b灯突然变亮，故C错误；若电阻RA、RB同时短路，开始时流过两灯泡 的电流相等，总电阻减小，干路电流增大，流过两灯泡的电流也相同，故 两支路电流均增大，则a、b灯均变亮，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 目 录 物 理·必修第三册 6. 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 12 目 录 物 理·必修第三册 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 12 目 录 物 理·必修第三册 7. 如图所示的电路中，闭合开关S后，灯L1和L2都正常发光，后来由于某 种故障使灯L2突然变亮，理想电压表读数增加，由此推断，这故障可能是 （　　） A. 灯L1灯丝烧断 B. 电阻R2断路 C. 电阻R2短路 D. 电容器被击穿短路 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 目 录 物 理·必修第三册 解析：　若灯L1灯丝烧断，即L1断路，总电阻增大，总电流减小，故L2 两端电压减小，L2变暗，A错误；若电阻R2断路，导致总电阻增大，总电 流减小，L1两端电压减小，而路端电压增大，则电压表读数增加，L2两端 电压增大，L2变亮，B正确；若R2短路，L2熄灭，C错误；若电容器被击穿 短路，外电路总电阻减小，总电流增大，路端电压减小，电压表读数减 小，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 目 录 物 理·必修第三册 8. 〔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 12 目 录 物 理·必修第三册 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 12 目 录 物 理·必修第三册 9. 〔多选〕如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，灯泡A、B 完全相同且阻值均大于电源的内阻，忽略灯泡A、B的电阻变化，则当开关 S闭合且电路稳定后，下列说法正确的是（　　） A. 灯泡A、B均发光 B. 将滑动变阻器的滑片迅速向左滑动，则灯泡A变暗， 灯泡B可能会闪亮一下 C. 将滑动变阻器的滑片向左滑动，电容器两极板的电荷量在增加 D. 将滑动变阻器的滑片向左滑动一小段距离后再次稳定，电源的输出功率比滑动前增大 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 目 录 物 理·必修第三册 解析： 　当开关S闭合且电路稳定后，电容器相当于断路，灯泡B不 亮，故A错误；将滑动变阻器的滑片迅速向左滑动，电阻R增大，总电流减 小，灯泡A变暗，内阻分压减小，电容器两端电压增大，电容器充电，其 两极板的电荷量在增加，灯泡B可能会闪亮一下，故B、C正确；当外电阻 等于内阻时电源输出功率最大，因灯泡A电阻值大于电源的内阻，滑片左 移后，外电阻增大，阻值离内阻更远，电源的输出功率比滑动前减小，故 D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 目 录 物 理·必修第三册 10. 〔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 12 目 录 物 理·必修第三册 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 12 目 录 物 理·必修第三册 11. 〔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 12 目 录 物 理·必修第三册 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 12 目 录 物 理·必修第三册 12. 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 12 目 录 物 理·必修第三册 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 12 目 录 物 理·必修第三册 （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 12 目 录 物 理·必修第三册 $