专题09 天体运动（10年汇编）（全国通用）2017-2026年高考物理真题分类汇编（含原卷及解析）

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考点01 天体运动中的典型问题
1．（2026·陕晋青宁卷·高考真题）我国自主建设运行的北斗全球卫星导航系统空间段由多颗卫星组成。若轨道半径不同的两颗卫星绕地球做匀速圆周运动，角速度大小分别为，线速度大小分别为，则（ ）
A． B． C． D．
【答案】D
【详解】卫星绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力
其中为引力常量，为地球质量，为轨道半径，为角速度，为线速度。
推导得
A．由，由于轨道半径不同，则，故A错误；
B．由以上分析可知，，与有关，，故B错误；
C．由以上分析可知，，与有关，，故C错误；
D．由以上分析可知，，与无关，故D正确。
故选D。
2．（2026·河南·高考真题）“土星环”是由绕土星运动的颗粒组成的带状薄圆环，图为拍摄的真实照片。已知土星的平均密度约为，引力常量，由照片信息估算位于“土星环”上的中间颗粒绕土星做圆周运动的周期是（ ）
A．B．C．D．
【答案】B
【详解】设土星半径为 ，质量为 ，土星环上颗粒的轨道半径为，周期为 。颗粒绕土星做匀速圆周运动，由万有引力提供向心力，有
其中土星质量
联立解得周期 的表达式
由照片信息可得
代入数据解得
故选B。
3．（2025·江西·高考真题）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
【答案】D
【详解】根据题意可知，飞船在轨道Ⅱ上从P点到Q点运动过程中，只有万有引力做负功，则机械能不变，动能减小，即速率减小。
故选D。
4．（2025·重庆·高考真题）“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（ ）
A．轨道半径之比为B．周期之比为
C．线速度大小之比为D．向心加速度大小之比为
【答案】D
【详解】A．太阳直径远小于金星的轨道半径，太阳直径忽略不计，根据题意结合几何知识可知地球和金星绕太阳运动的轨道半径之比为，故A错误；
BCD．根据万有引力提供向心力有
解得，，
故可得周期之比为；
线速度大小之比为；
向心加速度大小之比为；
故BC错误，D正确
故选D。
5．（2025·甘肃·高考真题）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（ ）
A．若，小星球做匀速圆周运动
B．若，小星球做抛物线运动
C．若，小星球做椭圆运动
D．若，小星球可能与恒星相撞
【答案】A
【详解】A．根据题意，由万有引力提供向心力有
解得
可知，若，小星球做匀速圆周运动，故A正确；
B．结合A分析可知，若，万有引力不足以提供小星球做匀速圆周运动所需要的向心力，小星球做离心运动，但又不能脱离恒星的引力范围，所以小星球做椭圆运动，而不是抛物线运动，故B错误；
C．若，这是小星球脱离恒星引力束缚的临界速度，小星球将做抛物线运动，而不是椭圆运动，故C错误；
D．若，小星球将脱离恒星引力束缚，做双曲线运动，不可能与恒星相撞，故D错误。
故选A。
6．（2025·四川·高考真题）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（ ）
A．B．C．D．
【答案】A
【详解】设卫星转动的周期为，根据题意可得
可得
根据万有引力提供向心力
可得
代入
可得
故选A。
7．（2025·河北·高考真题）随着我国航天事业飞速发展，人们畅想研制一种核聚变能源星际飞行器。从某星球表面发射的星际飞行器在飞行过程中只考虑该星球引力，不考虑自转，该星球可视为质量分布均匀的球体，半径为，表面重力加速度为。质量为m的飞行器与星球中心距离为r时，引力势能为。要使飞行器在距星球表面高度为的轨道上做匀速圆周运动，则发射初速度为（ ）
A．B．C．D．
【答案】B
【详解】飞行器在轨道半径处的总机械能包括动能和势能。
引力势能为
根据万有引力提供向心力，在星球表面有，解得轨道速度满足，对应动能，总机械能
根据机械能守恒，初始动能，解得。
故选B。
8．（2025·山东·高考真题）轨道舱与返回舱的组合体，绕质量为M的行星做半径为r的圆周运动，轨道舱与返回舱的质量比为。如图所示，轨道舱在P点沿运动方向向前弹射返回舱，分开瞬间返回舱相对行星的速度大小为，G为引力常量，此时轨道舱相对行星的速度大小为（ ）
A．B．C．D．
【答案】C
【详解】轨道舱与返回舱的质量比为，设返回舱的质量为m，则轨道舱的质量为5m，总质量为6m；
根据题意组合体绕行星做圆周运动，根据万有引力定律有
可得做圆周运动的线速度为
弹射返回舱的过程中组合体动量守恒，有
由题意
带入解得
故选C。
9．（2025·海南·高考真题）2025年4月24日，载人飞船神舟二十号在酒泉卫星发射中心点火发射，在进入预定轨道后成功与空间站完成自主快速交会对接，然后绕地球做匀速圆周运动。已知空间站轨道高度低于地球同步卫星轨道，则下面说法正确的是（ ）
A．火箭在加速升空的过程中处于失重状态
B．航天员在空间站所受地球的引力小于其在地面上受到的地球引力
C．空间站绕地球做匀速圆周运动的角速度小于地球自转角速度
D．空间站绕地球做匀速圆周运动的加速度小于地球同步卫星的加速度
【答案】B
【详解】A．火箭加速升空过程，加速度方向竖直向上，则处于超重状态，故A错误；
B．根据，宇航员与地球的质量不变，宇航员在空间站离地心更远，则受到的万有引力小于在地表受到万有引力，故B正确；
C．根据可得，可知空间站绕地球做匀速圆周运动的角速度大于同步卫星的角速度，即大于地球自转角速度，故C错误；
D．根据可得，可知空间站绕地球做匀速圆周运动的加速度大于地球同步卫星的加速度，故D错误。
故选B 。
10．（2024·天津·高考真题）（多选）卫星未发射时静置在赤道上随地球转动，地球半径为R。卫星发射后在地球同步轨道上做匀速圆周运动，轨道半径为r。则卫星未发射时和在轨道上运行时（ ）
A．角速度之比为B．线速度之比为
C．向心加速度之比为D．受到地球的万有引力之比为
【答案】AC
【详解】A．卫星未发射时静置在赤道上随地球转动，角速度与地球自转角速度相等，卫星发射后在地球同步轨道上做匀速圆周运动，角速度与地球自转角速度相等，则卫星未发射时和在轨道上运行时角速度之比为，故A正确；
B．根据题意，由公式可知，卫星未发射时和在轨道上运行时，由于角速度相等，则线速度之比为轨道半径之比，故B错误；
C．根据题意，由公式可知，卫星未发射时和在轨道上运行时，由于角速度相等，则向心加速度之比为轨道半径之比，故C正确；
D．根据题意，由公式可知，卫星未发射时和在轨道上运行时，受到地球的万有引力之比与轨道半径的平方成反比，即，故D错误。
故选AC。
11．（2024·贵州·高考真题）土星的部分卫星绕土星的运动可视为匀速圆周运动，其中的两颗卫星轨道半径分别为，且，向心加速度大小分别为，则（ ）
A．B．C．D．
【答案】D
【详解】设土星的质量为，两颗卫星的质量分别为、，对两颗卫星，根据牛顿第二定律
整理可得
故选D。
12．（2024·重庆·高考真题）在万有引力作用下，太空中的某三个天体可以做相对位置不变的圆周运动，假设a、b两个天体的质量均为M，相距为2r，其连线的中点为O，另一天体（图中未画出）质量为m（m v火>v金D．v火>v地>v金
【答案】A
【详解】AB．由万有引力提供向心力可知轨道半径越小,向心加速度越大,故知A项正确，B错误；
CD．由得可知轨道半径越小,运行速率越大,故C、D都错误．
考点分类
十年考情（2017-2026）
命题规律
考点1 天体运动中的典型问题
2026陕晋宁青卷、2026河南卷2025甘肃卷2025四川卷、2024福建卷、2024广东卷、2024湖南卷、2024河北卷、2023北京卷、2023湖南卷、2022天津卷、2022湖北卷、2022浙江卷、2021江苏卷、2021浙江卷、2021重庆卷、2021湖南卷2020海南卷、2020北京卷、2019北京卷、2019浙江卷、2017江苏卷、
航天情境深度绑定‌：以我国嫦娥探月工程、空间站运营、行星探测等真实前沿航天成果为命题载体，贴合“航天强国”的命题导向，不再使用脱离实际的抽象模型出题。
‌综合关联属性突出‌：不再孤立考查万有引力公式，会联动圆周运动规律、能量守恒、第一宇宙速度等内容，强化“万有引力提供向心力”核心逻辑的灵活运用，规避死记硬背公式的考法。
‌能力导向持续强化‌：弱化繁琐代数运算，重点考查天体质量/密度估算、卫星变轨的能量与速度变化分析、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。
行星名称
地球
火星
木星
土星
天王星
海王星
轨道半径
1.0
1.5
5.2
9.5
19
30