2026年高考物理二轮复习讲练测（广东）题型04 万有引力定律与天体运动（原卷版）

题型04万有引力定律与天体运动

目录

第一部分题型解码高屋建瓴，掌握全局

第二部分考向破译微观解剖，精细教学

典例引领方法透视变式演练

考向01开普勒定律与万有引力定律

考向02人造卫星和天体运动【重难】

考向03变轨和对接问题【重难】

考向04双星和多星问题

第三部分综合巩固整合应用，模拟实战

万有引力定律与天体运动是高中物理动力学的重要基础知识，也是高考中的高频必考点。它常

以选择题形式独立考查万有引力定律。本题型的命题常把天体运动与机械能守恒、动能定理、平抛

运动等知识结合考查。解题的关键和核心能力在于灵活运用规律。

考向01开普勒定律与万有引力定律

【例1-1】（2025·深圳宝安·一诊）开普勒定律不仅是对行星运动规律的精准总结，更将天文学从“定性描述”

推向“定量分析”，为万有引力定律的形成提供了逻辑阶梯。一颗绕太阳运行的小行星，其轨道近日点和远日

点到太阳的距离分别约为地球到太阳距离的5倍和7倍。关于该小行星，下列说法正确的是（）

A．公转周期约为36年

B．从远日点到近日点加速度逐渐减小

C．在近日点与在远日点线速度大小之比为7:5

D．在近日点与在远日点加速度大小之比为49:25

【例1-2】（2025·广东·联考）2025年6月20日20时37分，我国在西昌卫星发射中心使用长征三号乙运

载火箭，成功将“中星9C”卫星发射升空，“中星9C”卫星是中国卫星通信集团公司部署的后续卫星资源，由

中国空间技术研究院基于东方红四号增强型平台研制。该卫星在椭圆轨道绕地球运转，其近地点距地面约

300公里，远地点距地面约36000公里（与地球同步卫星轨道高度相同）。对“中星9C”卫星在椭圆轨道上

的运动，下列说法正确的是（）

A．卫星在近地点的加速度大于在远地点的加速度

B．从近地点往远地点运动过程中，卫星的机械能增大

C．卫星在远地点的速率跟地球同步卫星的速率相同

D．卫星在椭圆轨道上的运动周期大于同步卫星的周期

1.开普勒定律理解

（1）根据开普勒第二定律，行星在椭圆轨道上运动时，相等时间内扫过的面积相等，则v1r1＝v2r2；

（2）根据开普勒第三定律，＝k，若为椭圆轨道，则r为半长轴，若为圆轨道，则r＝R；

3

�

2

�

（3）行星运行过程中机械能守恒，即Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2。

2.天体质量和密度的计算

注意：（1）天体表面的重力加速度g＝，是g的决定式，具有普适性。

𝐺

2

�

（2）若绕行天体绕中心天体表面（如近地）做匀速圆周运动时，轨道半径r≈R，则中心天体的密度ρ＝π。

3

2

��

【变式1-1】（2025·广东深圳·模拟）如图所示，飞行器P绕某未知星体做匀速圆周运动。测得星体相对飞

行器的张角为θ。为计算该星球的密度，还需要测量的物理量是（）

A．星体的质量B．星体的半径

C．飞行器运行的周期D．飞行器的轨道半径

【变式1-2】（2026·广东广州天河区·一模）如图甲所示，航天员在半径为R的某星球表面将一轻弹簧竖直

固定在水平面上，把质量为m的小球P（可看作质点）从弹簧上端h处（h不为0）由静止释放，小球落到

弹簧上后继续向下运动直到最低点。从接触弹簧开始的小球加速度a与弹簧压缩量x间的关系如图乙所示，

其中a0、h、x0和引力常量G为已知量，空气阻力不计。下列说法正确的是（）

aR

A．该星球的质量为0

G

B．该星球的第一宇宙速度为a0R

C．小球在最低点处加速度大小为a0

D．弹簧的最大弹性势能为ma0(hx0)

【变式1-3】（2026·广东省湛江市部分高中·一模）2025年9月12日，我国长征十号第二次系留点火试验

取得圆满成功，展示我国载人航天发展的丰硕成就。如图，空间站在以地球为焦点的椭圆轨道上运动，且

1

该椭圆离心率为，点A、B分别为椭圆轨道上的近地点和远地点。设该卫星质量为m，引力常量为G，近

2

地点距离地球球心为L，地球半径为R，且近地卫星的运行周期为T，则（参考公式：卫星的引力势能

GMm

E，r为焦半径长）（）

pr

42R3

A．地球质量M

GT2

3m2R3

B．卫星在点A动能E

kLT2

2R3

C．卫星从点A运行到点B所用的时间为tT

ABL3

m2R3

D．卫星在点B点火加速泊入圆周轨道，至少增加机械能E

3LT2

考向02人造卫星和天体运动

【例2-1】（2025·广东·模拟）北京时间2023年9月，中国航天员在空间站梦天实验舱中圆满完成“天宫课

堂”直播授课。中国空间站在距离地面约430km的圆轨道上做匀速圆周运动，周期为90min，空间站的运

动平面与赤道面的夹角约为41，为实现空间站与地面直播互动交流，空间站的信号需要先传到在地球静止

轨道上运行的中继卫星，然后再传回地面。下列说法正确的是（）

A．空间站的线速度比地面上观看直播的同学的线速度小

B．空间站的线速度大于地球的第一宇宙速度

C．空间站的加速度小于地球两极的重力加速度

D．若要完成一场90min的直播授课，仅一颗中继卫星即可完成任务

【例2-2】（2025·广东广州增城·模拟）华为Mate60Pro成为全球首款支持卫星通话的大众智能手机，在无

信号环境下，该手机通过“天通一号”卫星与外界进行联系。已知“天通一号”卫星位于离地球表面约为6R的

地球同步轨道上，地球半径为R，地球表面重力加速度大小为g，下列说法正确的是（）

A．“天通一号”可以在北京的上空保持相对静止

g

B．“天通一号”在轨运行的向心加速度约为

7

7R

C．“天通一号”在轨运行的周期约为14π

g

D．“天通一号”在轨运行的线速度小于7.9km/s

对于绕同一中心天体运行的行星(或卫星)

→＝→∝

���

��

���→��＝�→�∝��

�

G＝����

���

𝑴�→�＝→�∝

�

�����

��

���→�＝��→∝�

���

�����

��

��������

关键：轨道半径r的大小关系决定了an、v、ω、T的大小关系。

【变式2-1】（2025·广东茂名·茂名一中·临门一脚）卫星根据其不同功能有不同的环绕轨道。如图“夸父一号”

卫星离地面的高度为720km绕地球做匀速圆周运动，可用于探测由太阳射来的高能宇宙射线；同步地球卫

星离地高度约36000km，可用于气象观测；下列说法正确的是（）

A．“夸父一号”的运行速度大于7.9km/s

B．同步卫星的向心加速度大于赤道平面随着地球自转物体的向心加速度

C．为使“夸父一号”能更长时间观测太阳，采用b轨道比a轨道更合理

D．“夸父一号”绕地球做圆周运动的周期为24小时

【变式2-2】（2025·广东惠州·模拟）“天关”卫星专注于高能天体物理和时域天文观测，绕地球做匀速圆周

运动时离地面高度约为600km，如图为“天关”卫星与某高轨卫星的位置关系，下列说法正确的是（）

A．“天关”绕地运行的线速度小于地球第一宇宙速度

B．“天关”绕地运行的角速度小于地球自转的角速度

C．“天关”绕地运行的线速度小于高轨卫星的线速度

D．“天关”的机械能一定小于高轨卫星的机械能

【变式2-3】（2026·广东清远·一模）2024年4月25日，神舟十八号载人飞船与距地表约400km的空间站

顺利完成径向对接。对接前飞船在空间站正下方200m的“停泊点”处调整为垂直姿态，在发动机的推力作用

下，与空间站保持相对静止。随后逐步上升到“对接点”，最终与空间站完成对接。飞船和空间站对接后，组

合体在空间站原轨道上做匀速圆周运动。下列说法正确的是（）

A．对接前后，空间站的线速度保持不变

B．飞船稳定在“停泊点”时，其运动速度大于空间站的速度

C．飞船稳定在“停泊点”时，其运动角速度等于空间站的角速度

D．飞船稳定在“停泊点”时，其向心加速度大于空间站的向心加速度

考向03变轨和对接问题

【例3-1】（2025·广东·联考）2025年5月29日凌晨1时31分，天问二号在西昌卫星发射中心成功发射。

其主要任务之一是完成对小行星2016HO3的伴飞、取样并返回地球。如图所示，I轨道和Ⅱ轨道为其中的两

个轨道，下列说法正确的是（）

A．天问二号在I轨道上运行时加速度可能为零

B．天问二号在Ⅱ轨道上运行的周期大于在I轨道上运行的周期

C．天问二号在Ⅱ轨道上通过P点时的速度小于通过N点时的速度

D．天问二号在I轨道上通过P点时的速度大于在Ⅱ轨道上通过P点时的速度

【例3-2】（2025·广东湛江·一模）中国自主研发的“遨龙一号”是全球首款主动清理太空垃圾的飞行器，其

工作过程简化如图，“遨龙一号”捕获失效的北斗二号G2卫星后先在圆形同步轨道运行，通过主导航系统控

制发动机点火调整进入椭圆转移轨道，最后进入圆形墓地轨道，已知引力常量为G，以下选项中正确的是

（）

A．“遨龙一号”在同步轨道逆时针运转，在P点需要点火向左喷气加速才能进入转移轨道

B．“遨龙一号”在同步轨道上经过P点时的加速度大于在转移轨道上经过P点时的加速度

C．“遨龙一号”在转移轨道的机械能大于在同步轨道上的机械能

D．“遨龙一号”进入墓地轨道后，测出其墓地轨道周期T，可计算出地球的质量

人造卫星的变轨问题

1.动力学观点

(1)点火加速，v突然增大，G＜m，卫星将做离心运动。

�

𝑴�

�

��

(2)点火减速，v突然减小，G＞m，卫星将做近心运动。

�

𝑴�

�

��

2.能量观点

(1)同一卫星在不同轨道上运行时机械能不同，轨道半径越大，机械能越大。

(2)卫星经过不同轨道相交的同一点时加速度相等，外轨道的速度大于内轨道的速度。

【变式3-1】（2025·广东揭阳·揭阳一中·热身）我国已掌握“半弹道跳跃式高速再入返回技术”，为实现“嫦娥”

飞船月地返回任务奠定基础。如图所示，假设与地球同球心的虚线球面为地球大气层边界，虚线球面外侧

没有空气，返回舱从a点无动力滑入大气层，然后经b点从c点“跳出”，再经d点从e点“跃入”实现多次减

速，可避免损坏返回舱。d点为轨迹最高点，离地面高h，已知地球质量为M，半径为R，引力常量为G。

则返回舱（）

GM

A．在d点速度小于

Rh

GM

B．在d点加速度小于2

Rh

C．虚线球面上c、e两点离地面高度相等，所以vc和ve大小相等

D．返回舱从a点到b，势能减小，动能增大，机械能守恒

【变式3-2】（2025·广东广州育才中学·三模）为保护地球免遭小行星撞击，2022年9月人类首次尝试在太

空中改变一颗小行星的运行轨道。研究团队选择了一对双小行星系统进行研究，该系统可简化为一颗质量

较小的“孪小星”围绕着一颗质量较大的“孪大星”做匀速圆周运动，如图所示。实验时，通过引导航天器与“孪

小星”迎面相撞并合为一体，使“孪小星”绕“孪大星”运动的轨道发生轻微偏移。已知“孪小星”在原轨道运行

的半径和周期，下列说法正确的是（）

A．可算出“孪大星”的质量和密度

B．“孪小星”撞击后会做离心运动

C．“孪小星”撞击后的线速度比撞击前大

D．“孪小星”在偏移轨道上的运行周期比原轨道小

【变式3-3】（2025·广东广州·三模）我国预计在2030年前实现载人登月，登月的初步方案是：采用两枚运

载火箭分别将月面着陆器和载人飞船送至环月轨道对接，航天员从飞船进入月面着陆器。月面着陆器将携

航天员下降着陆于月面预定区域。在完成既定任务后，航天员将乘坐着陆器上升至环月轨道与飞船交会对

11

接，并携带样品乘坐飞船返回地球。已知月球的半径约为地球的，月球表面重力加速度约为地球的，

46

则（）

A．发射火箭的速度必须达到地球的第二宇宙速度

B．月面着陆器下降着陆过程应当一直加速

C．载人飞船在环月轨道匀速圆周运动的运行速度小于地球的第一宇宙速度

D．航天员在月面时受到月球的引力小于其在环月轨道时受到月球的引力

考向04双星和多星问题

【例4-1】（2025·广东省广州市某校·三模）所谓“双星”就是两颗相距较近的恒星，这两颗星在彼此之间万

有引力作用下，各自以一定的速率始终绕它们连线上的某点转动，则（）

A．两颗星做圆周运动的半径之比等于它们质量之比

B．两颗星速度大小之比等于它们质量的反比

C．两颗星的动能之比等于它们做圆周运动的半径的反比

D．两颗星的动量始终相同

【例4-2】（24-25高三下·广东茂名·5月联考）2024年9月10日，中国科学院国家天文台等团队发现了双

星系统G3425中一颗是质量为太阳质量的3.6倍的小质量黑洞，同时观测到该双星系统中的另一颗是质量

为太阳质量的2.7倍的红巨星。关于双星系统G3425，下列说法正确的是（）

A．小质量黑洞所受的合外力大于红巨星所受的合外力

B．小质量黑洞与红巨星的向心加速度大小之比为3:4

C．小质量黑洞与红巨星的轨道半径之比为4:3

D．小质量黑洞与红巨星的线速度大小之比为3:4

双星系统模型规律及有用结论

模型图示

基本规律或各自需要的向心力由彼此间的万有引力相互提供，向心力大小是相等的，则

结论Gm1m22Gm1m22

＝m1ω1r1，＝m2ω2r2

L2L2

两颗星的周期及角速度都相同，即T1＝T2，ω1＝ω2

两颗星的半径与它们之间的距离关系为r1＋r2＝L

m1r2

两颗星到圆心的距离r1、r2与星体质量成反比，＝

m2r1

L3

双星的运动周期T＝2π

G（m1＋m2）

4π2L3

双星的总质量公式m1＋m2＝

T2G

【变式4-1】如图所示，某双星系统中质量较大的B星球正在“吸食”质量较小的A星球的表面物质，从

而实现质量转移。若“吸食”过程中A、B球心间距离不变，运动轨道均视为圆周，则在“吸食”的最初阶

段，下列说法正确的是()

A.A、B运动的周期变大

B.A、B之间的万有引力保持不变

C.B星球做圆周运动的轨道半径变大

D.A星球做圆周运动的线速度变大

【变式4-2】(2024·广东揭阳二模)2017年，人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波。根据科学家

们复原的过程，在两颗中子星合并前约100秒时，它们间的距离为r，绕两者连线上的某点每秒转动n圈，

将两颗中子星都看作质量均匀分布的球体，忽略其他星体的影响，已知引力常量为G，下列说法正确的是

()

A.两颗中子星转动的周期均为n秒

B.两颗中子星转动时所需向心力与它们的转动半径成正比

C.两颗中子星的转动半径与它们的质量成反比

.两颗中子星的质量之和为

D223

4π��

�

1．（2025·广东·真题）一颗绕太阳运行的小行星，其轨道近日点和远日点到太阳的距离分别约为地球到太

阳距离的5倍和7倍。关于该小行星，下列说法正确的是（）

A．公转周期约为6年

B．从远日点到近日点所受太阳引力大小逐渐减小

C．从远日点到近日点线速度大小逐渐减小

1

D．在近日点加速度大小约为地球公转加速度的

25

2．（2024·广东·真题）如图所示，探测器及其保护背罩通过弹性轻绳连接降落伞。在接近某行星表面时以60m/s

的速度竖直匀速下落。此时启动“背罩分离”，探测器与背罩断开连接，背罩与降落伞保持连接。已知探测器

11

质量为1000kg，背罩质量为50kg，该行星的质量和半径分别为地球的和。地球表面重力加速度大小取

102

g10m/s2。忽略大气对探测器和背罩的阻力。下列说法正确的有（）

A．该行星表面的重力加速度大小为4m/s2

B．该行星的第一宇宙速度为7.9km/s

C．“背罩分离”后瞬间，背罩的加速度大小为80m/s2

D．“背罩分离”后瞬间，探测器所受重力对其做功的功率为30kW

3．（2023·广东·真题）如图（a）所示，太阳系外的一颗行星P绕恒星Q做匀速圆周运动。由于P的遮挡，

探测器探测到Q的亮度随时间做如图（b）所示的周期性变化，该周期与P的公转周期相同。已知Q的质

量为M，引力常量为G。关于P的公转，下列说法正确的是（）

2

GMt1t0

A．周期为2t1t0B．半径为3

42

2GM

C．角速度的大小为D．加速度的大小为3

t1t0t1t0

4．（2025·天津·高考）2025年5月我国成功发射通信技术试验卫星十九号，若该系列试验卫星中A、B两

颗卫星均可视为绕地球做匀速圆周运动，轨道半径rArB，则卫星A比B（）

A．线速度小、角速度小B．线速度小、运行周期小

C．加速度大、角速度大D．加速度大、运行周期大

5．（2025·江西·高考）如图所示，Ⅰ和Ⅱ分别为神舟二十号飞船的近地圆轨道、椭圆变轨轨道，Ⅲ为天和

核心舱运行圆轨道，P、Q为变轨点。不计阻力，飞船在轨道Ⅱ上从P点到Q点运动过程中，下列选项正

确的是（）

A．速率增大，机械能增大B．速率减小，机械能减小

C．速率增大，机械能不变D．速率减小，机械能不变

6．（2025·浙江·真题）下列说法正确的是（）

A．热量能自发地从低温物体传到高温物体

B．按照相对论的时间延缓效应，低速运动的微观粒子寿命比高速运动时更长

C．变压器原线圈中电流产生的变化磁场，在副线圈中激发感生电场，从而产生电动势

D．热敏电阻和电阻应变片两种传感器，都是通过测量电阻，确定与之相关的非电学量

7．（2025·浙江·真题）月球有类似于地球的南北两极和纬度。如图所示，月球半径为R，表面重力加速度

为g月，不考虑月球自转。从月球北极正上方水平发射一物体，要求落在纬度60的M处，其运动轨迹为

椭圆的一部分。假设月球质量集中在球心O点，如果物体沿椭圆运动的周期最短，则（）

3

A．发射点离月面的高度hR

4

33R

B．物体沿椭圆运动的周期为

4g月

3

C．此椭圆两焦点之间的距离为R

2

2

D．若水平发射的速度为v，发射高度为h，则物体落到M处的速度v2g月h

8．（2025·浙江·真题）2025年4月30日，“神舟十九号载人飞船”返回舱安全着陆，宇航员顺利出舱。在其

返回过程中，下列说法正确的是（）

A．研究返回舱运行轨迹时，可将其视为质点

B．随着返回舱不断靠近地面，地球对其引力逐渐减小

C．返回舱落地前，反推发动机点火减速，宇航员处于失重状态

D．用返回舱的轨迹长度和返回时间，可计算其平均速度的大小

9．（2025年高考课标卷）“天都一号”通导技术试验卫星测距试验的成功，标志着我国在深空轨道精密测量

领域取得了技术新突破。“天都一号”在环月椭圆轨道上运行时，（）

A．受月球的引力大小保持不变B．相对月球的速度大小保持不变

C．离月球越近，其相对月球的速度越大D．离月球越近，其所受月球的引力越小

10．（2025·重庆·真题）“金星凌日”时，从地球上看，金星就像镶嵌在太阳表面的小黑点。在地球上间距为

d的两点同时观测，测得金星在太阳表面的小黑点相距为L，如图所示。地球和金星绕太阳的运动均视为匀

速圆周运动，太阳直径远小于金星的轨道半径，则地球和金星绕太阳运动的（）

2

LLd

A．轨道半径之比为B．周期之比为3

dL

2

LdL

C．线速度大小之比为D．向心加速度大小之比为

LLd

11．（2025·甘肃·真题）如图，一小星球与某恒星中心距离为R时，小星球的速度大小为v、方向与两者中

心连线垂直。恒星的质量为M，引力常量为G。下列说法正确的是（）

GM

A．若v，小星球做匀速圆周运动

R

GM2GM

B．若v，小星球做抛物线运动

RR

2GM

C．若v，小星球做椭圆运动

R

2GM

D．若v，小星球可能与恒星相撞

R

12．（2025·四川·高考）某人造地球卫星运行轨道与赤道共面，绕行方向与地球自转方向相同。该卫星持续

发射信号，位于赤道的某观测站接收到的信号强度随时间变化的规律如图所示，T为地球自转周期。已知该

卫星的运动可视为匀速圆周运动，地球质量为M，万有引力常量为G。则该卫星轨道半径为（）

GMT2GMT2GMT29GMT2

A．3B．3C．3D．3

3621624242

13．（2025·广东中山·中山纪念中学·一测）2025年8月9日凌晨0点31分，捷龙三号遥六运载火箭搭乘“东

方航天港”号发射船在山东日照近海海域点火升空。此次发射采用一箭十一星的方式将吉利星座04组卫星

送入600公里高度、倾角为50的LEO轨道，发射任务取得圆满成功。若星座中的某卫星绕地球做圆周运动，

运动周期小于地球自转周期，则该卫星（）

A．运动速度大于第一宇宙速度

B．运动速度等于第一宇宙速度

C．轨道半径小于“静止”在赤道上空的地球同步卫星的轨道半径

D．轨道半径大于“静止”在赤道上空的地球同步卫星的轨道半径

14．（2025·广东省·部分学校10月联考）2025年7月30日15时49分，我国利用运载火箭长征八号成功

发射互联网低轨06组卫星，卫星发射成功后关闭动力系统，由于空气阻力的影响，导致卫星轨道逐渐变化，

下列说法正确的是（）

A．卫星的轨道高度逐渐变大B．卫星的周期逐渐增大

C．卫星的机械能逐渐减小D．卫星的动量逐渐减小

15．（2026·广东肇庆·一模）北斗卫星导航系统是中国自主研制的全球卫星导航系统。该系统由地球静止轨

道（GEO）卫星、倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星和中圆地球轨道（MEO）卫星三种不同轨道的卫星组成。

已知一颗GEO卫星的轨道高度约为36000千米，一颗MEO卫星的轨道高度约为21500千米，且轨道均可视

为圆形．则关于这两颗卫星，下列说法正确的是（）

A．MEO卫星的加速度大于地球表面的重力加速度

B．MEO卫星的运行速度小于地球的第一宇宙速度

C．MEO卫星的线速度小于GEO卫星的线速度

D．MEO卫星的角速度小于GEO卫星的角速度

16．（2025·广东省深圳市聚龙科学中学·一模）我国发射的“天问二号”探测器将首次实现从小行星2016HO3

采样返回地球。该小行星绕太阳运行的轨道半长轴大于地球公转轨道半径。若将小行星看作质量分布均匀

的球体，半径为R，密度与地球相同。已知探测器在地球表面附近做匀速圆周运动的周期为T0，地球半径

为R0，引力常量为G。正确的说法是（）

42R3

0

A．地球的质量M2

GT0

2R

B．小行星的第一宇宙速度v0

T0

C．小行星绕太阳运行周期大于地球公转周期

D．探测器在小行星表面附近做匀速圆周运动的周期等T0

17．（2025·广东省大湾区·10月联合模拟）“神舟二十号”在较低轨道运行，“天和”核心舱在较高轨道运行，

它们都绕地球近似做匀速圆周运动，运行轨道如图所示。下列说法正确的是（）

A．“神舟二十号”运行的周期比“天和”核心舱的大

B．“神舟二十号”运行的