考点5 电容器和电容 重点考点解读讲义 -2026-2027学年高二上学期物理人教版必修第三册

高中物理人教版必修三重点考点解读 考点5 电容器和电容 知识网络 考点解读 1.电容器 (1)组成：由两个彼此绝缘又相距很近的导体组成。 (2)带电荷量：一个极板所带电荷量的绝对值。 (3)电容器的充、放电： ①充电：使电容器带电的过程，充电后电容器两极板带上等量的异种电荷，电容器中储存电场能。 ②放电：使充电后的电容器失去电荷的过程，放电过程中电场能转化为其他形式的能。 2.电容 定义 电容器所带的电荷量Q与电容器两极板之间的电势差U之比 定义式 C= 单位 法拉(F)、微法(μF)、皮法(pF)。1 F=106 μF=1012 pF 意义 表示电容器容纳电荷本领的高低 决定因素 由电容器本身物理条件(大小、形状、极板相对位置及电介质)决定，与电容器是否带电及两极板间电压无关 3.平行板电容器的电容 (1)决定因素：两极板的正对面积、电介质的相对介电常数、两板间的距离。 (2)决定式：C=。 4.电容器两类典型动态问题 (1)电容器始终与恒压电源相连，电容器两极板间的电势差U保持不变。 (2)电容器充电后与电源断开，电容器两极板所带的电荷量Q保持不变。 能力素养提升 电容器两类典型动态分析思路比较 针对性训练 1 （2026重庆北碚模拟）如图所示，一平行板电容器连接直流电源，电容器的极板水平；两粒子a、b带等量异种电荷，两粒子在极板附近且a到上极板距离等于b到下极板距离。现同时由静止释放a、b。在t时刻，a、b到达两极板间下半区域的同一水平面。不计a、b重力及粒子间相互作用力。下列说法正确的是（　　） A．a的质量比b的大 B．t时刻，a和b的电势能相等 C．t时刻，a和b的动量大小相等 D．t时刻，a的动能比b的动能小 答案 C 解析 根据题述，现同时由静止释放a、b，在t时刻，a、b到达两极板间下半区域的同一水平面，可知a的加速度大于b，即>。对微粒a，牛顿第二定律，aE=，对微粒b，牛顿第二定律，aE=，联立解得 > ， >，A错误；由于在t时刻，a、b到达两极板间下半区域的同一水平面，a带正电，b带负电，根据电势能公式=qφ，可知t时刻，a和b的电势能不相等，B错误；根据题述，两粒子a、b带等量异种电荷，所受电场力大小相等，方向相反，根据动量定理，t时刻，a和b的动量大小相等，C正确；根据题述，在t时刻，a、b到达两极板间下半区域的同一水平面，a微粒的位移大于b微粒的位移，根据动能定理，t时刻，a的动能比b的动能大，D错误。 2 （2026江苏苏州质检）如图所示，电源电动势为E、内阻为r，、为定值电阻，为滑动变阻器，r=。开关闭合后，将的滑片向下滑动过程中（　　） A．流过的电流向左 B．电容器右极板带负电 C．电容器的带电量减小 D．电源的输出功率增大 答案 D 解析 电容器右极板和电源的正极连接，左极板比右极板电势低，右极板带正电，B错误；开关闭合后，将的滑片向下滑动过程中，的阻值减小，中电流I增大；电阻两端电压=I增大，电容器两极板之间的电压增大，电容器充电，流过的电流方向向右，AC错误；电源的输出功率为P=（+）=（+）=, 当，电源的输出功率最大，由于r=，所以仅将的滑片向下滑动过程中，电源的输出功率增大，D正确。 3. (2025·福建福州市三模)如图所示，平行板电容器两极板水平放置，上极板带正电，与静电计相连。静电计外壳与下极板接地。一带电微粒以一初速度平行于极板射入，恰能沿直线穿过电容器。带电静电计的内部空间分布电场，等势面分布如图所示。不计空气阻力。下列说法正确的是(　　) A.微粒带负电 B.P点和Q点电势相同 C.将上极板向上平移，静电计指针张角增大 D.将上极板向上平移，将带电微粒从同一位置平行于极板射入，电势能可能增大 答案　AC 解析　带电微粒受力平衡，则其带负电，故A正确；由题图可知，P点电势比Q点高，故B错误；上极板向上平移时，由C=，U=可知平行极板的电容C减小，则板间电压U增大，即静电计指针张角增大，故C正确；由C=，可得U==，则上极板向上移动时，电场强度大小E==不变，粒子仍然能沿原来的直线运动，其所在位置的电势也不变，则带电微粒的电势能不变，故D错误。 4. (2025·浙江台州市二模)电容器是一种可以储存电荷和电能的装置，用平行板电容器还可以产生匀强电场，常使用于电子仪器中。如图为一个含有电容器、滑动变阻器、理想二极管、理想电流表、开关K和电源的电路，初始时开关K闭合，下列对于此电路的说法正确的是(　　) A.开关K保持闭合时，两个二极管均发光 B.开关K保持闭合时，增大电容器两极板的距离，电流表中有向上的电流 C.在断开K的瞬间，两个二极管均发光 D.若只增大R2接入电路的阻值，则开关K断开后，电容器放电的时间会变长 答案　D 解析　开关K保持闭合时，红色二极管正常发光，绿色二极管不发光，故A错误；开关K保持闭合时，增大电容器两极板的距离，根据电容的决定式可知，电容减小，两极板间电压不变，则电容器所带电荷量减小，电容器放电，所以电流表中有向下的电流，故B错误；在断开K的瞬间，电容器放电，只有红色二极管发光，故C错误；若只增大R2接入电路的阻值，则电容器两极板间电压增大，电容器所带电荷量增大，当开关K断开后，放电的时间会变长，故D正确。 5. (2025·河南省部分名校期中)如图所示，两块水平放置的平行金属板M、N，下极板N接地。现将其与理想二极管串联，与静电计并联，初始电容器所带电量为零。R0为定值电阻，R1和R2为电阻箱，闭合开关S稳定后，一带电油滴恰好静止于两板间的P点，则下列说法正确的是(　　) A.断开开关S，M板稍微上移，静电计指针偏角变大 B.断开开关S，N板稍微下移，带电油滴的电势能增大 C.保持开关S闭合，增大R1阻值，带电油滴仍然静止不动 D.保持开关S闭合，增大R2阻值，平行板电容器的带电荷量减小 答案　AC 解析　断开开关S，电荷量保持不变，根据电容决定式C=，M板稍微上移，d变大，电容减小，根据电容定义式C=可知板间电压U变大，所以静电计指针偏角变大，故A正确； 根据电容决定式C=，电容定义式C=，板间场强为E=，联立可得E= 断开开关S，电荷量保持不变，所以板间电场强度不变；P与下极板间电势差为U=EdPN 可知P与下极板间电势差变大，而N板的电势始终为零，所以P点电势降低，且为负值。由题图可知N板为正极板，液滴处于静止状态，根据平衡条件可知液滴带正电；根据Ep=qφ 可知N板稍微下移，带电油滴的电势能降低，故B错误； 保持开关S闭合，电容器两板间电压等于电阻R0两端的电压，当增大R1的阻值，R0两端的电压减小，电容器两板间电压降低，根据C=可知电容器将会放电，因为二极管的单向导电性，电容器的电荷量不能减少，所以保持电荷量不变，根据E= 可知板间电场强度不变，所以液滴仍然静止不动，故C正确； 保持开关S闭合，电容器两板间电压等于电阻R0两端的电压，电容器两板间电压与R2的阻值无关，根据C=可知当增大R2的阻值，平行板电容器的带电荷量保持不变，故D错误。 6 .某同学将密立根油滴实验简化为如图所示的装置，在真空环境下带电油滴从喷雾器的喷嘴喷出，落到平行板电容器两极板间，调节两极板间的电压U，恰使某个油滴悬浮在P点。现保持两极板间的电压U不变，已知油滴质量为m，两板间距为d，重力加速度大小为g，电容器的下极板接地。下列说法正确的是(　　) A.油滴带负电，电荷量为q= B.若只增大两极板间距d，该油滴将向上加速运动 C.若只将正极板下移一小段距离，油滴的电势能减小 D.若只将负极板下移一小段距离，P处的电势降低 答案　C 解析　根据题图可知，上极板带正电，下极板带负电，电场方向向下，由于油滴悬浮在P点平衡，可知静电力方向向上，静电力方向与电场方向相反，可知油滴带负电，且有mg=q，解得q=，A错误；极板间的电压U不变，根据E=，若只增大两极板间距d，则极板间电场强度减小，静电力小于重力，则该油滴将向下加速运动，B错误；若只将正极板下移一小段距离，即极板间距减小，根据上述可知，极板间电场强度增大，设P点到下极板间距为dP，油滴电荷量大小为q，P点与下极板电势差为UP=φP-0=φP，根据E===，Ep=-qφP。若只将正极板下移一小段距离，极板之间的间距减小，电场强度增大，P点电势增大，由于油滴带负电，可知，此时油滴的电势能减小，C正确；由于保持两极板间的电压U不变，电容器的下极板接地，即上极板电势大小为U，设上极板与P点的电势差为U上P，上极板与P点的距离为d上P，则有U上P=U-φP=Ed上P故φP=U-Ed上P，若只将负极板下移一小段距离，极板间间距增大，根据上述可知电场强度减小，可知P处的电势升高，D错误。 7 (2025·广东深圳市二模)如图(a)所示是用电泳技术分离蛋白质的装置，溶液中有上下正对放置的平行金属板电极，溶液中甲、乙两个蛋白质颗粒与上下极板恰好等距。甲蛋白质颗粒质量是乙的两倍，带电荷量与pH值的关系如图(b)所示。未接通极板电源时，甲、乙颗粒均悬浮。现调节溶液pH=3，接通电源，不计黏滞阻力和甲乙之间的作用力。对于两种蛋白质颗粒，正确的说法是(　　) A.乙比甲先到达极板 B.甲、乙的电势能均减小 C.甲、乙受到的静电力方向相同 D.增大pH值，甲受到的静电力变大 答案　AB 解析　未接通极板电源时，甲、乙颗粒均悬浮，重力等于浮力，调节溶液pH=3，从题图(b)中可知甲蛋白质颗粒带电荷量为-2q0，乙带电荷量为2q0，接通电源后电场强度相同，由牛顿第二定律可得Eq=ma，由于甲蛋白质颗粒质量是乙的两倍，故甲的加速度大小为乙的，二者到相应极板距离相同，则乙比甲先到达极板，故A正确；甲、乙运动过程中静电力都做正功，电势能均减小，故B正确；甲、乙所带电荷电性相反，受力方向相反，故C错误；由题图(b)可知，增大pH值，甲带的电荷量先减小后增大，故静电力也是先减小后增大，故D错误。 8 . (2024·天津市滨海新区三模)当云层中包含有大量的电荷时，云层和大地之间可视为一个巨大的平行板电容器。如图所示，云层带正电，且云层带电量不变，取地面的电势为零。在云层和地面间的P点处悬浮有一带电微粒。下列说法正确的是(　　) A.微粒带负电 B.若云层高度下降，P点的电势降低 C.若云层高度下降，微粒将向上运动 D.若云层高度下降，微粒的电势能不变 答案　AD 解析　云层与大地间形成的电场方向向下，若微粒能悬浮在空中，则微粒受到向上的静电力，微粒带负电，故A正确； 由C= 又C=，E= 解得 E= 仅改变d，而Q保持不变时，电场强度E不变，微粒受力仍平衡，依然悬浮在P点。根据 UP下=φP-φ下=EdP下 又φ下=0，解得φP=EdP下 可知P点的电势不变，故B、C错误； 根据Ep=qφ 可知微粒的电势能不变，故D正确。 9 闪电是由云层中所积累的电荷放电引起的，通常是云层底部带正电荷，云层下方的地面会感应出负电荷，当云层底部与地面间的电场强度增大到E0=5×105 V/m时会击穿空气，发生短时放电现象，形成闪电。某圆盘形云朵底部与地面的距离h=1×103 m，该云朵与地面间的电场强度恰好达到E0时发生闪电，放电电流随时间变化的简化函数图像如图所示。假设该次放电将云朵所带电荷全部放掉，云朵和地面构成的电容器可视为理想的平行板电容器。下列说法正确的是(　　) A.这次放电释放的总电荷量Q=5 C B.这次放电过程中的平均电流I=5×104 A C.该等效电容器的电容值C=1×10-8 F D.放电前该电容器存储的电能E=2.5×109 J 答案　ABC 解析　根据q=It可知I-t图像与t轴围成面积表示电荷量，则这次放电释放的总电荷量Q=×100×103×0.1×10-3 C=5 C，故A正确；这次放电过程中的平均电流I== A=5×104 A，故B正确；云朵和地面的电势差U=E0h=5×108 V，该等效电容器的电容C==1×10-8 F，故C正确；放电前该电容器存储的电能E=CU2=1.25×109 J，故D错误。 10　(2024·浙江6月选考·6)图示是“研究电容器两极板间距对电容大小的影响”实验，保持电荷量不变，当极板间距增大时，静电计指针张角增大，则(　　) A.极板间电势差减小 B.电容器的电容增大 C.极板间电场强度增大 D.电容器储存能量增大 答案　D 解析　根据Q=CU，C=可得当极板间距增大时电容减小，由于电容器的电荷量不变，故极板间电势差增大，故A、B错误；根据E=得E=，故极板间电场强度不变，故C错误；移动极板的过程中要克服静电力做功，故电容器储存能量增大，故D正确。 11 (2024·黑吉辽·5)某种不导电溶液的相对介电常数εr与浓度cm的关系曲线如图(a)所示，将平行板电容器的两极板全部插入该溶液中，并与恒压电源、电流表等构成如图(b)所示的电路，闭合开关S后，若降低溶液浓度，则(　　) A.电容器的电容减小 B.电容器所带的电荷量增大 C.电容器两极板之间的电势差增大 D.溶液浓度降低过程中电流方向为M→N 答案　B 解析　降低溶液浓度，不导电溶液的相对介电常数εr增大，根据电容器的决定式C=可知，电容器的电容增大，故A错误；溶液不导电没有形成闭合回路，电容器两端的电压不变，根据Q=CU可知，电容器所带的电荷量增大，电容器充电，电路中电流方向为N→M，故C、D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $ 高中物理人教版必修三重点考点解读 考点5 电容器和电容 知识网络 考点解读 1.电容器 (1)组成：由两个彼此绝缘又相距很近的导体组成。 (2)带电荷量：一个极板所带电荷量的绝对值。 (3)电容器的充、放电： ①充电：使电容器带电的过程，充电后电容器两极板带上等量的异种电荷，电容器中储存电场能。 ②放电：使充电后的电容器失去电荷的过程，放电过程中电场能转化为其他形式的能。 2.电容 定义 电容器所带的电荷量Q与电容器两极板之间的电势差U之比 定义式 C= 单位 法拉(F)、微法(μF)、皮法(pF)。1 F=106 μF=1012 pF 意义 表示电容器容纳电荷本领的高低 决定因素 由电容器本身物理条件(大小、形状、极板相对位置及电介质)决定，与电容器是否带电及两极板间电压无关 3.平行板电容器的电容 (1)决定因素：两极板的正对面积、电介质的相对介电常数、两板间的距离。 (2)决定式：C=。 4.电容器两类典型动态问题 (1)电容器始终与恒压电源相连，电容器两极板间的电势差U保持不变。 (2)电容器充电后与电源断开，电容器两极板所带的电荷量Q保持不变。 能力素养提升 电容器两类典型动态分析思路比较 针对性训练 1 （2026重庆北碚模拟）如图所示，一平行板电容器连接直流电源，电容器的极板水平；两粒子a、b带等量异种电荷，两粒子在极板附近且a到上极板距离等于b到下极板距离。现同时由静止释放a、b。在t时刻，a、b到达两极板间下半区域的同一水平面。不计a、b重力及粒子间相互作用力。下列说法正确的是（　　） A．a的质量比b的大 B．t时刻，a和b的电势能相等 C．t时刻，a和b的动量大小相等 D．t时刻，a的动能比b的动能小 2 （2026江苏苏州质检）如图所示，电源电动势为E、内阻为r，、为定值电阻，为滑动变阻器，r=。开关闭合后，将的滑片向下滑动过程中（　　） A．流过的电流向左 B．电容器右极板带负电 C．电容器的带电量减小 D．电源的输出功率增大 3. (2025·福建福州市三模)如图所示，平行板电容器两极板水平放置，上极板带正电，与静电计相连。静电计外壳与下极板接地。一带电微粒以一初速度平行于极板射入，恰能沿直线穿过电容器。带电静电计的内部空间分布电场，等势面分布如图所示。不计空气阻力。下列说法正确的是(　　) A.微粒带负电 B.P点和Q点电势相同 C.将上极板向上平移，静电计指针张角增大 D.将上极板向上平移，将带电微粒从同一位置平行于极板射入，电势能可能增大 4. (2025·浙江台州市二模)电容器是一种可以储存电荷和电能的装置，用平行板电容器还可以产生匀强电场，常使用于电子仪器中。如图为一个含有电容器、滑动变阻器、理想二极管、理想电流表、开关K和电源的电路，初始时开关K闭合，下列对于此电路的说法正确的是(　　) A.开关K保持闭合时，两个二极管均发光 B.开关K保持闭合时，增大电容器两极板的距离，电流表中有向上的电流 C.在断开K的瞬间，两个二极管均发光 D.若只增大R2接入电路的阻值，则开关K断开后，电容器放电的时间会变长 5. (2025·河南省部分名校期中)如图所示，两块水平放置的平行金属板M、N，下极板N接地。现将其与理想二极管串联，与静电计并联，初始电容器所带电量为零。R0为定值电阻，R1和R2为电阻箱，闭合开关S稳定后，一带电油滴恰好静止于两板间的P点，则下列说法正确的是(　　) A.断开开关S，M板稍微上移，静电计指针偏角变大 B.断开开关S，N板稍微下移，带电油滴的电势能增大 C.保持开关S闭合，增大R1阻值，带电油滴仍然静止不动 D.保持开关S闭合，增大R2阻值，平行板电容器的带电荷量减小 6 .某同学将密立根油滴实验简化为如图所示的装置，在真空环境下带电油滴从喷雾器的喷嘴喷出，落到平行板电容器两极板间，调节两极板间的电压U，恰使某个油滴悬浮在P点。现保持两极板间的电压U不变，已知油滴质量为m，两板间距为d，重力加速度大小为g，电容器的下极板接地。下列说法正确的是(　　) A.油滴带负电，电荷量为q= B.若只增大两极板间距d，该油滴将向上加速运动 C.若只将正极板下移一小段距离，油滴的电势能减小 D.若只将负极板下移一小段距离，P处的电势降低 7 (2025·广东深圳市二模)如图(a)所示是用电泳技术分离蛋白质的装置，溶液中有上下正对放置的平行金属板电极，溶液中甲、乙两个蛋白质颗粒与上下极板恰好等距。甲蛋白质颗粒质量是乙的两倍，带电荷量与pH值的关系如图(b)所示。未接通极板电源时，甲、乙颗粒均悬浮。现调节溶液pH=3，接通电源，不计黏滞阻力和甲乙之间的作用力。对于两种蛋白质颗粒，正确的说法是(　　) A.乙比甲先到达极板 B.甲、乙的电势能均减小 C.甲、乙受到的静电力方向相同 D.增大pH值，甲受到的静电力变大 8 . (2024·天津市滨海新区三模)当云层中包含有大量的电荷时，云层和大地之间可视为一个巨大的平行板电容器。如图所示，云层带正电，且云层带电量不变，取地面的电势为零。在云层和地面间的P点处悬浮有一带电微粒。下列说法正确的是(　　) A.微粒带负电 B.若云层高度下降，P点的电势降低 C.若云层高度下降，微粒将向上运动 D.若云层高度下降，微粒的电势能不变 9 闪电是由云层中所积累的电荷放电引起的，通常是云层底部带正电荷，云层下方的地面会感应出负电荷，当云层底部与地面间的电场强度增大到E0=5×105 V/m时会击穿空气，发生短时放电现象，形成闪电。某圆盘形云朵底部与地面的距离h=1×103 m，该云朵与地面间的电场强度恰好达到E0时发生闪电，放电电流随时间变化的简化函数图像如图所示。假设该次放电将云朵所带电荷全部放掉，云朵和地面构成的电容器可视为理想的平行板电容器。下列说法正确的是(　　) A.这次放电释放的总电荷量Q=5 C B.这次放电过程中的平均电流I=5×104 A C.该等效电容器的电容值C=1×10-8 F D.放电前该电容器存储的电能E=2.5×109 J 10　(2024·浙江6月选考·6)图示是“研究电容器两极板间距对电容大小的影响”实验，保持电荷量不变，当极板间距增大时，静电计指针张角增大，则(　　) A.极板间电势差减小 B.电容器的电容增大 C.极板间电场强度增大 D.电容器储存能量增大 11 (2024·黑吉辽·5)某种不导电溶液的相对介电常数εr与浓度cm的关系曲线如图(a)所示，将平行板电容器的两极板全部插入该溶液中，并与恒压电源、电流表等构成如图(b)所示的电路，闭合开关S后，若降低溶液浓度，则(　　) A.电容器的电容减小 B.电容器所带的电荷量增大 C.电容器两极板之间的电势差增大 D.溶液浓度降低过程中电流方向为M→N 学科网（北京）股份有限公司 $