2017-2026十年高考物理专项汇编（全国）：专题08 行星的运动 万有引力定律（教师版）

1

专题08行星的运动万有引力定律

考点分类十年考情（2017-2026）命题规律

.航天情境深度绑定：以我国嫦娥探月工程、空间

2026四川卷、2026湖南卷、

站运营、行星探测等真实前沿航天成果为命题载

2025陕晋青宁卷卷2025

体，贴合航天强国的命题导向，不再使用脱离

北京卷2024重庆卷、2024“”

考点1行星海南卷、2024广西卷、实际的抽象模型出题。

的运动2024全国卷、2023山东卷、.综合关联属性突出：不再孤立考查万有引力公式，

考点2万有2022全国卷、2021山东卷、会联动圆周运动规律、能量守恒、第一宇宙速度

引力定律及其2020山东卷、2020全国卷、等内容，强化“万有引力提供向心力”核心逻辑的

应用全国卷、重庆

20192022灵活运用，规避死记硬背公式的考法。

卷2021重庆卷、2020江

.能力导向持续强化：弱化繁琐代数运算，重点考

苏卷、2018北京卷、2017

查天体质量/密度估算、卫星变轨的能量与速度变

海南卷、2017北京卷

化分析、多星系统的受力推导能力，规避固化刷

题套路，依托真实情境实现能力分层。

考点01行星的运动

1．（2026·云南·高考真题）我国“天宫”空间站的轨道离地高度约为400km，空间站内的宇航员每24h能看

到16次日出。“吉林一号”遥感卫星组网中的某颗卫星轨道离地高度约为535km。已知地球半径约为

6400km，空间站与该卫星绕地球的运动均视为匀速圆周运动，则该卫星的周期约为（）

A．1.0hB．1.5hC．2.0hD．2.4h

【答案】B

24

T1h1.5h

【详解】由题知“天宫”空间站周期16，运行半径r1=6800km

1

33

r1r2

22

T1T2

“吉林一号”遥感卫星运行半径r2=6935km，根据开普勒第三定律有

解得T2≈T1=1.5h

故选B。

2．（2026·山东·高考真题）海王星的卫星海卫二绕海王星的公转周期与地球公转周期近似相等。若太阳与

海王星的质量比为a，定义地球与太阳间的距离为1个天文单位（1AU），则海卫二公转轨道的半长轴

约为（）

11

AUAU

33

A．aB．aC．aAUD．aAU

【答案】A

M

【详解】地球绕太阳公转：设地球公转周期为T地，日地距离r地1AU，太阳质量为太，则

2

GM∝∝m2

2m∝∝r

r∝∝T

M

海卫二绕海王星公转：设海卫二公转周期为T卫，轨道半长轴为r卫，海王星质量为海，则

2

GM海m卫2

2m卫卫r

r卫卫T

Mr3M1

太a卫海

TTMr3Ma

已知卫地，且海则地太

313

r卫(1AU)

整理得a

1

rAU

卫3

故a

故选A。

3．（2025·浙江·高考真题）（多选）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

g

面重力加速度为月，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（

）

1

3

hR

A．发射点离月面的高度4

33R

4g

B．物体沿椭圆运动的周期为月

3

R

C．此椭圆两焦点之间的距离为2

v22gh

D．若水平发射的速度为v，发射高度为h，则物体落到M处的速度月

【答案】BC

【详解】根据题意可知椭圆轨道的一个焦点为O，设椭圆的另外一个焦点为O，如图所示

设椭圆的半长轴为a，焦距为2c，根据椭圆知识可知OMOM2a

a3

C

根据开普勒第三定律T2可知如果物体沿椭圆运动的周期最短，则椭圆的半长轴最小，根据几何关系可

知当MO垂直于OO时，半长轴a最小，如图所示

1

由几何关系有2aRcosR

3R

a

解得4

3R

2cOORsin

C．根据几何关系可得椭圆的焦距2，故C正确；

31

hacRR

A．根据几何关系可得发射点离月面的高度4，故A错误；

42

mgmR

T月T2

B．设物体绕月球表面做匀速圆周运动时的周期为0，则由重力提供向心力得0

R3a3

22

结合开普勒第三定律T0T

33R

T

4g

联立可得物体沿椭圆运动的周期为月，故B正确；

GMm

Ep

D．由引力势能公式r

Mm

mg月G

结合万有引力公式R2

GMm12GMm12

mvmvM

结合机械能守恒定律有Rh2R2

22g月hR

vMv

联立可得Rh，故D错误。

故选BC。

4．（2025·全国卷·高考真题）“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

1

【答案】C

Mm

FG2

【详解】AD．“天都一号”在环月椭圆轨道上运行时与月球的距离不断发生变化，根据r可知受月

球的引力大小发生变化，离月球越近，其所受月球的引力越大，故AD错误；

B．根据开普勒第二定律可知“天都一号”在环月椭圆轨道上运行时相对月球的速度大小改变，近月点速度

最大，远月点速度最小，即离月球越近，相对月球的速度越大，故B错误，C正确。

故选C。

5．（2025·湖南·高考真题）我国研制的“天问二号”探测器，任务是对伴地小行星及彗星交会等进行多目标

探测。某同学提出探究方案，通过释放卫星绕小行星进行圆周运动，可测得小行星半径R和质量M。为探

T

测某自转周期为0的小行星，卫星先在其同步轨道上运行，测得距离小行星表面高度为h，接下来变轨到

T

小行星表面附近绕其做匀速圆周运动，测得周期为1。已知引力常量为G，不考虑其他天体对卫星的引力，

2

a342R3

Rh，M

22Gc2

可根据以上物理量得到b3a3。下列选项正确的是（）

T，bT，cTT，bT，cT

A．a为1为0为1B．a为1为0为0

T，bT，cTT，bT，cT

C．a为0为1为1D．a为0为1为0

【答案】A

【详解】根据题意，卫星在同步轨道和表面附近轨道运行时轨道半径分别为Rh、R

设小行星和卫星的质量分别为M、m

（Rh)3R3

22

由开普勒第三定律有T0T1

2

3

T1

R22h

33

解得T0T1

GMm42

2m2R

卫星绕小行星表面附近做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力有RT1

42R3

M2

解得GT1

T，bT，cT

对应结果可得a为1为0为1。

故选A。

1

6．（2025·安徽·高考真题）（多选）2025年4月，我国已成功构建国际首个基于DRO（远距离逆行轨道）

的地月空间三星星座，DRO具有“低能进入、稳定停泊、机动转移”的特点。若卫星甲从DRO变轨进入环

月椭圆轨道，该轨道的近月点和远月点距月球表面的高度分别为a和b，卫星的运行周期为T；卫星乙从

DRO变轨进入半径为r的环月圆形轨道，周期也为T。月球的质量为M，半径为R，引力常量为G。假设

只考虑月球对甲、乙的引力，则（）

abRab4π2r34π2R3

rrRM2M2

A．2B．2C．GTD．GT

【答案】BC

ab2R3

()3

2r

22

【详解】AB．对于题述环月椭圆轨道和环月圆轨道，根据开普勒第三定律有TT

ab

rR

可得2

故A错误，B正确；

GMm22

2m()r

CD．对于环月圆轨道，根据万有引力提供向心力可得rT

42r3

M

可得GT2

故C正确，D错误。

故选BC。

7．（2025·广东·高考真题）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

【答案】D

5R7R

a6R

【详解】A．根据题意，设地球与太阳间距离为R，则小行星公转轨道的半长轴为2

3

6RR3

T2T2

由开普勒第三定律有2地

T63T266

解得地年

故A错误；

1

Gm1m2

F2

B．从远日点到近日点，小行星与太阳间距离减小，由万有引力定律r可知，小行星受太阳引力

增大，故B错误；

cC．由开普勒第二定律可知，从远日点到近日点，小行星线速度逐渐增大，故C错误。

GMm

2ma

D．由牛顿第二定律有r

GM

a

解得r2

aR21

行

a225

可知地5R

1

即小行星在近日点的加速度是地球公转加速度的25，故D正确；

故选D。

8．（2025·云南·高考真题）国际编号为192391的小行星绕太阳公转的周期约为5.8年，该小行星与太阳

系内八大行星几乎在同一平面内做圆周运动。规定地球绕太阳公转的轨道半径为1AU，八大行星绕太阳的

公转轨道半径如下表所示。忽略其它行星对该小行星的引力作用，则该小行星的公转轨道应介于（）

行星水星金星地球火星木星土星天王星海王星

轨道半径R/AU0.390.721.01.55.29.51930

A．金星与地球的公转轨道之间B．地球与火星的公转轨道之间

C．火星与木星的公转轨道之间D．天王星与海王星的公转轨道之间

【答案】C

r3r3

行=地

T2T2

【详解】根据开普勒第三定律可知行地

T=1年T=5.8年

其中r地=1AU，地，行

r3.23AU

代入解得行

故可知该小行星的公转轨道应介于火星与木星的公转轨道之间。

故选C。

9．（2025·浙江·高考真题）地球和哈雷彗星绕太阳运行的轨迹如图所示，彗星从a运行到b、从c运行到

SSSS

d的过程中，与太阳连线扫过的面积分别为1和2，且12。彗星在近日点与太阳中心的距离约为地球

公转轨道半径的0.6倍，则彗星（）

1

A．在近日点的速度小于地球的速度

B．从b运行到c的过程中动能先增大后减小

C．从a运行到b的时间大于从c运行到d的时间

D．在近日点加速度约为地球的加速度的0.36倍

【答案】C

【详解】A．地球绕太阳做匀速圆周运动，万有引力提供向心力

Mmv2GM

Gmv

r2rr

v

过近日点做一个以太阳为圆心的圆形轨道，卫星在该圆形轨道上的速度1比彗星在椭圆轨道上近日点速度

v

小，而1比地球公转的速度大，因此哈雷彗星在近日点的速度大于地球绕太阳的公转速度，A错误；

B．从b运行到c的过程中万有引力与速度方向夹角一直为钝角，哈雷彗星速度一直减小，因此动能一直

减小，B错误；

SS

C．根据开普勒第二定律可知哈雷彗星绕太阳经过相同的时间扫过的面积相同，根据12可知从a运行

到b的时间大于从c运行到d的时间，C正确；

D．万有引力提供加速度

MmGM

Gmaa

r2r2

aa

则哈雷彗星的加速度1与地球的加速度2比值为

2

a1r21

2

a2r10.36

D错误。

故选C。

10．（2024·安徽·高考真题）2024年3月20日，我国探月工程四期鹊桥二号中继星成功发射升空。当抵

达距离月球表面某高度时，鹊桥二号开始进行近月制动，并顺利进入捕获轨道运行，如图所示，轨道的半

长轴约为51900km。后经多次轨道调整，进入冻结轨道运行，轨道的半长轴约为9900km，周期约为24h。

1

则鹊桥二号在捕获轨道运行时（）

A．周期约为144h

B．近月点的速度大于远月点的速度

C．近月点的速度小于在冻结轨道运行时近月点的速度

D．近月点的加速度大于在冻结轨道运行时近月点的加速度

【答案】B

【详解】A．冻结轨道和捕获轨道的中心天体是月球，根据开普勒第三定律得

22

T1T2

33

R1R2

整理得

3

R2

T2T13288h

R1

A错误；

B．根据开普勒第二定律得，近月点的速度大于远月点的速度，B正确；

C．近月点从捕获轨道到冻结轨道鹊桥二号进行近月制动，捕获轨道近月点的速度大于在冻结轨道运行时

近月点的速度，C错误；

D．两轨道的近月点所受的万有引力相同，根据牛顿第二定律可知，近月点的加速度等于在冻结轨道运行

时近月点的加速度，D错误。

故选B。

11．（2024·山东·高考真题）“鹊桥二号”中继星环绕月球运行，其24小时椭圆轨道的半长轴为a。已知地

球静止卫星的轨道半径为r，则月球与地球质量之比可表示为（）

r3a3r3a3

3333

A．aB．rC．aD．r

【答案】D

【详解】“鹊桥二号”中继星在24小时椭圆轨道运行时，根据开普勒第三定律

1

a3

k

T2

同理，对地球的静止卫星根据开普勒第三定律

r3

k

T2

又开普勒常量与中心天体的质量成正比，所以

Mk

月

M地k

联立可得

3

M月a

3

M地r

故选D。

12．（2023·北京·高考真题）2022年10月9日，我国综合性太阳探测卫星“夸父一号”成功发射，实现了对

太阳探测的跨越式突破。“夸父一号”卫星绕地球做匀速圆周运动，距地面高度约为720km，运行一圈所用

时间约为100分钟。如图所示，为了随时跟踪和观测太阳的活动，“夸父一号”在随地球绕太阳公转的过程

中，需要其轨道平面始终与太阳保持固定的取向，使太阳光能照射到“夸父一号”，下列说法正确的是（

）

A．“夸父一号”的运行轨道平面平均每天转动的角度约为1

B．“夸父一号”绕地球做圆周运动的速度大于7.9km/s

C．“夸父一号”绕地球做圆周运动的向心加速度大于地球表面的重力加速度

D．由题干信息，根据开普勒第三定律，可求出日地间平均距离

【答案】A

【详解】A．因为“夸父一号”轨道要始终保持要太阳光照射到，则在一年之内转动360°角，即轨道平面平

均每天约转动1°，故A正确；

B．第一宇宙速度是所有绕地球做圆周运动的卫星的最大环绕速度，则“夸父一号”的速度小于7.9km/s，故

B错误；

1

C．根据

Mm

Gma

r2

可知“夸父一号”绕地球做圆周运动的向心加速度小于地球表面的重力加速度，故C错误；

D．“夸父一号”绕地球转动，地球绕太阳转动，中心天体不同，则根据题中信息不能求解地球与太阳的距

离，故D错误。

故选A。

13．（2023·浙江·高考真题）木星的卫星中，木卫一、木卫二、木卫三做圆周运动的周期之比为1:2:4。

T

木卫三周期为T，公转轨道半径是月球绕地球轨道半径r的n倍。月球绕地球公转周期为0，则（）

nn

rr

A．木卫一轨道半径为16B．木卫二轨道半径为2

T2

30n3

22

C．周期T与T0之比为nD．木星质量与地球质量之比为T

【答案】D

【详解】根据题意可得，木卫3的轨道半径为

r3nr

AB．根据万有引力提供向心力

Mm42

GmR

R2T2

可得

GMT2

R3

42

木卫一、木卫二、木卫三做圆周运动的周期之比为1:2:4,可得木卫一轨道半径为

nr

r

1316

木卫二轨道半径为

nr

r

234

故AB错误；

C．木卫三围绕的中心天体是木星，月球的围绕的中心天体是地球，根据题意无法求出周期T与T0之比，

故C错误；

D．根据万有引力提供向心力，分别有

1

Mm42

G木mnr

(nr)2T2

2

M地m4

G2m2r

rT0

联立可得

2

M木T03

2n

M地T

故D正确。

故选D。

14．（2022·湖南·高考真题）（多选）如图，火星与地球近似在同一平面内，绕太阳沿同一方向做匀速圆

周运动，火星的轨道半径大约是地球的1.5倍。地球上的观测者在大多数的时间内观测到火星相对于恒星

背景由西向东运动，称为顺行；有时观测到火星由东向西运动，称为逆行。当火星、地球、太阳三者在同

一直线上，且太阳和火星位于地球两侧时，称为火星冲日。忽略地球自转，只考虑太阳对行星的引力，下

列说法正确的是（）

8

A．火星的公转周期大约是地球的27倍

B．在冲日处，地球上的观测者观测到火星的运动为顺行

C．在冲日处，地球上的观测者观测到火星的运动为逆行

D．在冲日处，火星相对于地球的速度最小

【答案】CD

【详解】A．由题意根据开普勒第三定律可知

33

r地r火

2=2

T地T火

火星轨道半径大约是地球轨道半径的1.5倍，则可得

1

27

TT

火8地

故A错误；

BC．根据

Mmv2

Gm

r2r

可得

GM

v

r

由于火星轨道半径大于地球轨道半径，故火星运行线速度小于地球运行线速度，所以在冲日处火星相对于

地球由东向西运动，为逆行，故B错误，C正确；

D．由于火星和地球运动的线速度大小不变，在冲日处火星和地球速度方向相同，故相对速度最小，故D

正确。

故选CD。

15．（2017·全国II卷·高考真题）如图，海王星绕太阳沿椭圆轨道运动，P为近日点，Q为远日点，

T

M、N为轨道短轴的两个端点，运行的周期为0。若只考虑海王星和太阳之间的相互作用，则海王星在从

P经M、Q到N的运动过程中（）

T0

A．从P到M所用的时间等于4

B．从Q到N阶段，机械能逐渐变大

C．从P到Q阶段，速率逐渐变大

D．从M到N阶段，万有引力对它先做负功后做正功

【答案】D

T0

【详解】A．海王星从P到Q用时2，PM段的速度大小大于MQ段的速度大小，则PM段的时间小于

T0

MQ段的时间，所以P到M所用的时间小于4，故A错误；

B．从Q到N的过程中，由于只有万有引力做功，机械能守恒，故B错误；

C．海王星从P到Q阶段，万有引力对它做负功，速率减小，故C错误；

1

D．根据万有引力方向与速度方向的关系知，从M到N阶段，万有引力对它先做负功后做正功，故D正

确。

故选D。

16．（2022·浙江·高考真题）“天问一号”从地球发射后，在如图甲所示的P点沿地火转移轨道到Q点，再

依次进入如图乙所示的调相轨道和停泊轨道，则天问一号（）

A．发射速度介于7.9km/s与11.2km/s之间

B．从P点转移到Q点的时间小于6个月

C．在环绕火星的停泊轨道运行的周期比在调相轨道上小

D．在地火转移轨道运动时的速度均大于地球绕太阳的速度

【答案】C

【详解】A．因发射的卫星要能变轨到绕太阳转动，则发射速度要大于第二宇宙速度，即发射速度介于

11.2km/s与16.7km/s之间，故A错误；

B．因P点转移到Q点的转移轨道的半长轴大于地球公转轨道半径，则其周期大于地球公转周期（1年共

12个月），则从P点转移到Q点的时间为轨道周期的一半时间应大于6个月，故B错误；

C．因在环绕火星的停泊轨道的半长轴小于调相轨道的半长轴，则由开普勒第三定律可知在环绕火星的停

泊轨道运行的周期比在调相轨道上小，故C正确；

D．卫星从Q点变轨时，要加速增大速度，即在地火转移轨道Q点的速度小于火星轨道的速度，而由

GMmv2

m

r2r

可得

GM

v

r

可知火星轨道速度小于地球轨道速度，因此可知卫星在Q点速度小于地球轨道速度，故D错误；

故选C。

17．（2021·福建·高考真题）（多选）两位科学家因为在银河系中心发现了一个超大质量的致密天体而获

1

S

得了2020年诺贝尔物理学奖。他们对一颗靠近银河系中心的恒星2的位置变化进行了持续观测，记录到

S

的2的椭圆轨道如图所示。图中O为椭圆的一个焦点，椭圆偏心率（离心率）约为0.87。P、Q分别为轨

S

道的远银心点和近银心点，Q与O的距离约为120AU（太阳到地球的距离为1AU），2的运行周期约为

S

16年。假设2的运动轨迹主要受银河系中心致密天体的万有引力影响，根据上述数据及日常的天文知识，

可以推出（）

S

A．2与银河系中心致密天体的质量之比

B．银河系中心致密天体与太阳的质量之比

S

C．2在P点与Q点的速度大小之比

S

D．2在P点与Q点的加速度大小之比

【答案】BCD

【详解】A．设椭圆的长轴为2a，两焦点的距离为2c，则偏心率

2cc

0.87

2aa

且由题知，Q与O的距离约为120AU，即

ac120AU

S

由此可得出a与c，由于2是围绕致密天体运动，根据万有定律，可知无法求出两者的质量之比，故A错

误；

B．根据开普勒第三定律有

a3

k

T2

S

式中k是与中心天体的质量M有关，且与M成正比；所以，对2是围绕致密天体运动有

a3

kM

T2致致

s2

1

对地球围绕太阳运动有

3

r地

2k太太M

T地

两式相比，可得

Ma3T2

致地

Mr3T2

太地s2

STrT

因2的半长轴a、周期s2，日地之间的距离地，地球围绕太阳运动的周期地都已知，故由上式，可以求

出银河系中心致密天体与太阳的质量之比，故B正确；

C．根据开普勒第二定律有

11

vacvac

2P2Q

解得

vac

P

vQac

S

因a、c已求出，故可以求出2在P点与Q点的速度大小之比，故C正确；

S

D．2不管是在P点，还是在Q点，都只受致密天体的万有引力作用，根据牛顿第二定律有

Mm

Gma

r2

解得

GM

a

r2

因P点到O点的距离为a+c,，Q点到O点的距离为a-c，解得

2

aPac

2

aQac

S

因a、c已求出，故2在P点与Q点的加速度大小之比，故D正确。

故选BCD。

18．（2021·北京·高考真题）2021年5月，“天问一号”探测器成功在火星软着陆，我国成为世界上第一个

首次探测火星就实现“绕、落、巡”三项任务的国家。“天问一号”在火星停泊轨道运行时，近火点距离火星

表面2.8×102km、远火点距离火星表面5.9×105km，则“天问一号”（）

A．在近火点的加速度比远火点的小B．在近火点的运行速度比远火点的小

C．在近火点的机械能比远火点的小D．在近火点通过减速可实现绕火星做圆周运动

1

【答案】D

【详解】A．根据牛顿第二定律有

Mm

Gma

r2

解得

GM

a

r2

故在近火点的加速度比远火点的大，故A错误；

B．根据开普勒第二定律，可知在近火点的运行速度比远火点的大，故B错误；

C．“天问一号”在同一轨道，只有引力做功，则机械能守恒，故C错误；

D．“天问一号”在近火点做的是离心运动，若要变为绕火星的圆轨道，需要减速，故D正确。

故选D。

19．（2021·全国甲卷·高考真题）2021年2月，执行我国火星探测任务的“天问一号”探测器在成功实施三

次近火制动后，进入运行周期约为1.8×105s的椭圆形停泊轨道，轨道与火星表面的最近距离约为

2.8×105m。已知火星半径约为3.4×106m，火星表面处自由落体的加速度大小约为3.7m/s2，则“天问一号”的

停泊轨道与火星表面的最远距离约为（）

A．6×105mB．6×106mC．6×107mD．6×108m

【答案】C

【详解】忽略火星自转则

GMm

2mg

R①

可知

GMgR2

设与为1.8×105s的椭圆形停泊轨道周期相同的圆形轨道半径为r，由万有引力提供向心力可知

GMm42

2m2r

rT②

设近火点到火星中心为

RRd

11③

设远火点到火星中心为

RRd

22④

由开普勒第三定律可知

1

RR

(12)3

r32

22

TT⑤

由以上分析可得

7

d2610m

故选C。

20．（2020·江苏·高考真题）（多选）甲、乙两颗人造卫星质量相等，均绕地球做圆周运动，甲的轨道半

径是乙的2倍。下列应用公式进行的推论正确的有（）

vgR

A．由可知，甲的速度是乙的2倍

2

B．由ar可知，甲的向心加速度是乙的2倍

Mm1

FG2

C．由r可知，甲的向心力是乙的4

r3

2k

D．由T可知，甲的周期是乙的22倍

【答案】CD

【详解】卫星绕地球做圆周运动，万有引力提供向心力，则

GMmmv242

Fm2rmrma

向r2rT2

vgR

A．因为在不同轨道上g是不一样的，故不能根据得出甲乙速度的关系，卫星的运行线速度