专题四：圆周运动与天体运动 讲义 -2026届高考物理二轮复习

二轮复习 专题四：圆周运动与天体运动（解析版） 01 考情分析 3 02知识构架 4 03题型突破 5 一、圆周运动 5 考向一：水平面内圆周运动 7 考向二：竖直面内圆周运动 11 考向三：圆周运动的临界问题 17 考向四：斜面上的圆周运动 24 二、天体运动 31 考向一：开普勒定律 36 考向二：万有引力定律的应用 38 考向三：卫星参数对比 41 考向四：卫星的追及相遇问题 43 考向五：卫星变轨 45 考向六：双星系统 46 04 自我提升 56 01 考情分析 往年命题规律 从近3年以来的高考命题来分析，圆周运动和天体运动属于高频考点，常以选择题、实验题和简答题的形式考查，圆周运动多以选择题、实验题和简答题的形式出现，天体运动以选择题的形式出现，出题方式会以生活情景相结合和前沿科技进行命题 考点频次总结 考点 2025年 2024年 2023年 圆周运动 江西·高考真题 浙江·高考真题 重庆·高考真题 北京·高考真题 河北·高考真题 安徽·高考真题 江苏·高考真题 广东·高考真题 山东·高考真题 福建·高考真题 上海·高考真题 天津·高考真题 贵州·高考真题 海南·高考真题 江苏·高考真题 甘肃·高考真题 广东·高考真题 江西·高考真题 福建·高考真题 重庆·高考真题 广东·高考真题 北京·高考真题 上海·高考真题 江苏·高考真题 湖南·高考真题 全国甲卷·高考真题 天体运动 天津·高考真题 江苏·高考真题 浙江·高考真题 全国卷·高考真题 重庆·高考真题 甘肃·高考真题 四川·高考真题 北京·高考真题 湖南·高考真题 安徽·高考真题 陕晋青宁·高考真题 广东·高考真题 山东·高考真题 河南·高考真题 云南·高考真题 湖北·高考真题 海南·高考真题 浙江·高考真题 天津·高考真题 贵州·高考真题 重庆·高考真题 浙江·高考真题 海南·高考真题 北京·高考真题 甘肃·高考真题 安徽·高考真题 广东·高考真题 广西·高考真题 河北·高考真题 山东·高考真题 江西·高考真题 湖北·高考真题 全国甲卷·高考真题 新疆河南·高考真题 福建·高考真题 湖南·高考真题 辽宁·高考真题 上海·高考真题 河北·高考真题 福建·高考真题 重庆·高考真题 广东·高考真题 天津·高考真题 北京·高考真题 山东·高考真题 浙江·高考真题 湖北·高考真题 辽宁·高考真题 海南·高考真题 江苏·高考真题 新课标·高考真题 湖南·高考真题 2026年向预测 2026年高考圆周运动和天体运动为高频考点，圆周运动会结合生活情景，例如汽车、火车；天体运动会结合前沿科技进行考查，例如卫星、空间站、太空电梯等，会更加注重学生对于情景的解读，再结合知识进行考查。 素养目标 1.掌握圆周运动的基本模型和圆周运动的临界问题 2.掌握开普勒定律和万有引力定律的应用 核心能力 圆周运动的受力分析和临界判断；开普勒定律和万有引力定律的应用 02知识构架 03题型突破 一、圆周运动 【知识储备】 （一）匀速圆周运动的向心力 1.作用效果 向心力产生向心加速度，只改变速度的方向，不改变速度的大小． 2.大小 Fn＝m＝mrω2＝mr＝mωv. 3.方向 始终沿半径方向指向圆心，时刻在改变，即向心力是一个变力． （二）离心运动和近心运动 1.离心运动：做圆周运动的物体，在所受合外力突然消失或不足以提供圆周运动所需向心力的情况下，就做逐渐远离圆心的运动． 2.受力特点(如图) (1)当F＝0时，物体沿切线方向飞出，做匀速直线运动． (2)当0<F<mrω2时，物体逐渐远离圆心，做离心运动． (3)当F>mrω2时，物体逐渐向圆心靠近，做近心运动． 3.本质：离心运动的本质并不是受到离心力的作用，而是提供的力小于做匀速圆周运动需要的向心力． （三）水平面内的圆周运动 运动模型 向心力的来源图示 汽车在水平路面转弯 水平转台(光滑) 圆锥摆 飞车走壁 飞机水平转弯 火车转弯 （四）竖直面内的圆周运动 轻绳模型(最高点无支撑) 轻杆模型(最高点有支撑) 实例 球与绳连接、水流星、沿内轨道运动的“过山车”等 球与杆连接、球在光滑管道中运动等 图示 受力示意图 F弹向下或等于零 F弹向下、等于零或向上 力学方程 mg＋F弹＝m mg±F弹＝m 临界特征 F弹＝0 mg＝m 即vmin＝ v＝0 即F向＝0 F弹＝mg 讨论分析 (1)最高点，若v≥，F弹＋mg＝m，绳或轨道对球产生弹力F弹 (2)若v<，则不能到达最高点，即到达最高点前小球已经脱离了圆轨道 (1)当v＝0时，F弹＝mg，F弹背离圆心 (2)当0<v<时，mg－F弹＝m，F弹背离圆心并随v的增大而减小 (3)当v＝时，F弹＝0 (4)当v>时，mg＋F弹＝m，F弹指向圆心并随v的增大而增大 【必备能力】 （一）向心力来源判断 向心力是按力的作用效果命名的，可以是重力、弹力、摩擦力等各种力，也可以是几个力的合力或某个力的分力，因此在受力分析中要避免再另外添加一个向心力． （二）圆周运动临界分析 1.圆周运动的三种临界情况 (1)接触面滑动临界：摩擦力达到最大值． (2)接触面分离临界：FN＝0. (3)绳恰好绷紧：FT＝0；绳恰好断裂：FT达到绳子最大承受拉力． 【考向预测】 考向一：水平面内圆周运动 （2026·广东·一模）科技小组设计了在空间站测量物体质量的装置，如图所示。滑块放在水平桌面上，细线穿过桌面上的光滑小孔，连接滑块与下端竖直固定的弹簧测力计。若在空间站里让滑块以角速度做半径为R的匀速圆周运动时，拉力大小为F。已知滑块与桌面的动摩擦因数为，重力加速度为g，则滑块质量为（　　）例1 A． B． C． D． 【答案】B 【详解】设滑块的质量为。在空间站中，滑块处于完全失重状态，弹力为零，故摩擦力为零，所以滑块在空间站中做匀速圆周的向心力由细线的拉力提供，则有 解得 故选B。 （2026·福建泉州·二模）2025年11月福建舰在三亚正式入列，标志着我国正式进入三航母时代。如图，福建舰在海上转弯，设其绕O点做匀速圆周运动，速度大小约为10m/s，转弯半径约为2000m，质量约为8×107kg，则（　　）变1-1 A．舰受到的合力大小为零 B．舰所需的向心力大小约为4×106N C．水对舰的作用力大小约为4×106N D．水对舰的作用力方向指向O点 【答案】B 【详解】AB．舰绕O点做匀速圆周运动，合外力提供向心力，则，故A错误，B正确； CD．由于舰所受合力提供向心力，则水对舰的作用力斜向上，其大小为，故CD错误。 故选B。 （2026·江西上饶·一模）如图（a）所示，一可视为质点的滑块放在水平转台上，滑块恰好能随转台绕O点做半径为r的匀速圆周运动，图（b）为俯视图。某学校物理兴趣小组利用位移传感器采集滑块的位置和时刻信息，画出某时刻起滑块沿x轴上的分速度vx随时间t的变化关系如图（c）所示。取水平向右为正方向，滑块所受最大静摩擦力大小等于滑动摩擦力大小，不计空气阻力。则滑块与转台间动摩擦因数和图（c）中阴影部分面积S大小分别为（　　）例2 A．， B．， C．， D．， 【答案】D 【详解】根据最大静摩擦力提供向心力有 由图（c）可知， 解得 图（c）中阴影部分面积S大小等于沿x轴方向的位移大小，对应滑块匀速圆周运动的圆心角为 阴影部分面积S大小 故选D。 （2026·四川攀枝花·一模）如图所示，两个开口向上的圆锥形漏斗，其中轴线O1O2、O3O4均位于竖直方向，两漏斗的尖端O1、O3高度相同。两个质量相同、可视为质点的小球P、Q分别位于两漏斗的内表面上等高的位置。现分别给两小球一个水平初速度，使两小球刚好沿各自所在的漏斗内表面做圆周运动。忽略一切摩擦和空气阻力，以O1、O3所在水平面为零势能面，下列说法中正确的是（　　）例3 A．P球所受的弹力大于Q球所受的弹力 B．P球的线速度大于Q球的线速度 C．P球的角速度小于Q球的角速度 D．P球的机械能小于Q球的机械能 【答案】A 【详解】A．对小球受力分析，小球受竖直向下的重力mg，侧壁的弹力FN，设FN与竖直方向的夹角为θ，则 由于P球所受弹力与竖直方向的夹角较大，则P球所受的弹力大于Q球所受的弹力，故A正确； B．根据牛顿第二定律可得 根据几何关系可得 联立解得 由此可知，P球的线速度等于Q球的线速度，故B错误； C．根据可知，P球的转动半径小于Q球的转动半径，则P球的角速度大于Q球的角速度，故C错误； D．小球的机械能为 由此可知，P球的机械能等于Q球的机械能，故D错误。 故选A。 （2026·贵州毕节·一模）如图，某游乐场的旋转飞椅由水平圆形支架、轻绳和吊椅组成，圆形支架的半径为2m，绳长为5m。一游客坐在吊椅上随圆形支架匀速转动时，轻绳与竖直方向的夹角为37°。已知游客和吊椅的总质量为60kg，，取重力加速度g为10，若游客和吊椅可视为质点，则圆形支架的角速度和吊椅对轻绳的作用力大小F分别为（　　）例4 A．　　F=750N B．　　F=750N C．　　F=1000N D．　　F=1000N 【答案】A 【详解】对游客和吊椅，由合力提供向心力得 解得 绳对游客和吊椅的拉力 由牛顿第三定律得，吊椅对轻绳的作用力大小 故选A。 总结提升 考向二：竖直面内圆周运动 （2026·福建·一模）太极球是一种融合太极原理的健身运动项目，强调螺旋缠绕与内外协调的运动形态。一老年协会开展了该项“太极球”运动，如图所示，某次进行该项运动时，一老人半马步站立，手持太极球拍，球拍上放一橡胶太极球，舞动球拍，让小球在竖直面内始终不脱离球拍且做匀速圆周运动，关于此过程，以下说法正确的是（　　）例5 A．太极球的机械能始终保持不变 B．太极球所受的合力始终保持不变 C．太极球在D处可能与球拍之间没有摩擦力 D．太极球由A经过B到达C的过程中，先超重后失重 【答案】C 【详解】A．题意可知太极球在竖直平面内做匀速圆周运动，其动能不变，但重力势能改变，所以其机械能不是始终保持不变的，故A错误； B．太极球在做匀速圆周运动的过程中，其所受的合力提供向心力，其大小不变，但方向改变，故B错误； C．太极球在D处可能只受到重力和球拍弹力的作用，二力的合力可以提供太极球此时做匀速圆周运动所需的向心力，故球此时可能不受球拍的摩擦力作用，故C正确； D．太极球做匀速圆周运动的过程中，其加速度大小不变，方向总是指向圆心。可知太极球由A到B的过程中，加速度有竖直向下的分加速度，处于失重状态；由B到C的过程中，加速度有竖直向上的分加速度，处于超重状态，所以太极球由A经过B到达C的过程中，太极球先处于失重状态后处于超重状态，故D错误。 故选C。 （2025·内蒙古乌兰察布·模拟预测）同一辆汽车以相同的速率分别通过甲、乙、丙、丁四个圆弧形路面，乙的半径比甲的大，丁的半径比丙的大；则汽车在甲、乙路面的最高点对路面的压力，在丙、丁路面的最低点对路面的压力，最大的是（　　）例6 A． B． C． D． 【答案】C 【详解】汽车在甲、乙路面最高点时，根据牛顿第二定律有 解得 根据牛顿第三定律可知，汽车对甲、乙路面的压力都小于汽车重力； 汽车在丙、丁路面最低点时，根据牛顿第二定律有 解得 根据牛顿第三定律，可知汽车对丙、丁路面的压力都大于汽车重力； 汽车在丙、丁路面最低点时有 可知半径小的丙路面对汽车的支持力最大，根据牛顿第三定律，可知汽车对丙路面的压力最大。 故选C。 （25-26高三上·安徽六安·月考）如图1所示，O点处固定有力传感器，长为l的轻绳一端与力传感器相连，另一端固定着一个小球。现让小球在最低点以某一速度开始运动，设轻绳与竖直方向的角度为（如图所示），图2为轻绳弹力大小F随变化的部分图像。图2中a为已知量，不考虑空气阻力，重力加速度大小为g，则（　　）例7 A．小球质量为 B．小球在与圆心等高处时的速度为 C．小球运动到时的动能为 D．小球在最低点时对细线的拉力为4a 【答案】B 【详解】A．设小球在最低点时的速度为v0，则当角度为θ时，由动能定理 绳子拉力满足 联立解得 故图线斜率大小为；截距 解得，，故A错误； B．与圆心等高处，即时，此时满足 且由A知 解得，故B正确； C．小球运动到时，由动能定理 解得，故C错误； D．小球在最低点时，小球对细线的拉力，故D错误。 故选B。 （2025·湖北武汉·三模）如图所示，在竖直平面内固定一刚性轻质的圆环形细管（管道内径极小），一质量为m的小球放置于管内顶端A点，其直径略小于管道内径。现给小球一微小扰动，使之顺时针沿管道下滑。管内的B点与管道的圆心O等高，C点是管道的最低点，若不计一切摩擦，下列说法中正确的是（    ）例8 A．小球不可能回到A点 B．小球对细管的作用力不可能为零 C．从A点运动到C点，小球对细管的作用力一直增大 D．从A点运动到B点，小球对细管的作用力先减小后增大 【答案】D 【详解】A．因不计摩擦阻力，则小球无机械能损失，到达A点时速度为零，小球可回到A点，故A错误； B．小球下滑在AB段时，若满足（为该位置与圆心连线与竖直方向的夹角） 时对细管的作用力为零，故B错误； CD．由上述分析，小球从A点运动到C点，在AB之间存在一个压力为零的位置，可知从A点运动到C点小球对细管的作用力先减小后增大，故C错误，D正确。 故选D。 （2026·云南·模拟预测）匀强电场中，质量为、带电荷量为且可视为质点的小球在长为的绝缘轻绳拉力作用下绕固定点在竖直平面内做圆周运动，点为圆周上的最低点，电场方向平行于圆周平面。已知运动过程中小球速度最小值为（为重力加速度），此时绳子拉力恰好为零。小球运动到点时速度大小为，不计空气阻力。求：例9 (1)电场力和重力合力的大小； (2)绳子对小球拉力的最大值； (3)匀强电场的电场强度大小。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）当小球速度最小时，绳子拉力恰好为零，此时小球做圆周运动的向心力由电场力和重力的合力提供 解得 （2）小球运动到“等效最低点”时，小球的速度最大，绳子对小球的拉力最大。 小球从“等效最高点”运动到“等效最低点”的过程中，由动能定理得 在“等效最低点”，由牛顿第二定律得 解得： （3）小球从“等效最高点”运动到M点的过程中，由动能定理得 解得： 总结提升 1.解题技巧 (1)物体通过圆周运动最低点、最高点时，利用合力提供向心力列牛顿第二定律方程； (2)物体从某一位置到另一位置的过程中，用动能定理找出两处速度关系； (3)注意：求对轨道的压力时，转换研究对象，先求物体所受支持力，再根据牛顿第三定律求出压力． 2.竖直面及倾斜面内的圆周运动 轻绳模型 最高点FT＋mg＝m 恰好通过最高点，绳的拉力恰好为0 轻杆模型 最高点mg±F＝m 恰好通过最高点，杆对小球的力等于小球重力 带电小球在叠加场中的圆周运动 等效法 关注六个位置的动力学方程，最高点、最低点、等效最高点、等效最低点，最左边和最右边位置 恰好通过等效最高点；恰好做完整圆周运动 考向三：圆周运动的临界问题 （2025·山东·模拟预测）如图所示，半径为的玩具转盘在转盘中心点固定了一竖直杆，质量为的小球用轻绳和轻杆一起连接在竖直杆上，轻绳与竖直杆上的点相连，轻杆用铰链连接在竖直杆上的点（可绕点自由转动）。已知圆盘静止时轻绳与竖直方向夹角，轻杆与竖直方向夹角，，，不计摩擦阻力，重力加速度为。则下列说法正确的是（　　）例10 A．当绳上恰好无弹力时，小球的角速度 B．当小球角速度时，杆上弹力 C．当上恰好无弹力时，小球角速度 D．若转动过程中小球突然脱离，则当圆盘角速度，小球不会触碰到圆盘 【答案】A 【详解】A．当轻绳上恰好无弹力时，对小球进行受力分析可知，小球受重力和沿杆方向的拉力的作用做匀速圆周运动，则在水平方向对小球列牛顿第二定律方程有 解得此时小球的角速度为，故A正确； B．设轻绳AC的弹力为，轻杆BC的弹力为，当小球的角速度时，小球的受力如图所示： 则竖直方向有 水平方向有 联立解得，，故B错误； C．当上恰好无弹力时，对小球进行受力分析可知，小球受重力和沿绳方向的拉力的作用做匀速圆周运动，则在水平方向对小球列牛顿第二定律方程有 解得此时小球的角速度为，故C错误； D．假设小球脱离前，轻杆和细绳对小球都有力的作用，小球脱离后做平抛运动，且恰好没有碰到圆盘，则由平抛运动的性质可知，在竖直方向有 在水平方向有 联立解得小球平抛运动的初速度为 则圆盘转动的角速度为 故假设成立，所以小球在转动过程中忽然脱离，若小球不能碰到圆盘，则圆盘转动的角速度的取值范围为，故D错误。 故选A。 （2026·四川宜宾·一模）如图所示，半径为的圆形餐桌桌面水平，中部有一半径为的圆盘，其圆心与餐桌圆心重合可绕其中心轴转动。一个质量为的小物块（可看作质点）放置在圆盘的边缘，圆盘转速由零开始缓慢增加，小物块最终从餐桌上滑落。已知小物块与圆盘间的动摩擦因数为，小物块与餐桌间的动摩擦因数为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为，圆盘厚度及圆盘与餐桌间的间隙不计。则（　　）例11 A．小物块在餐桌上做匀速直线运动 B．小物块在圆盘上的加速度一定大于 C．小物块在圆盘上随圆盘运动，角速度可能为 D．小物块在餐桌上滑动过程中摩擦生热为 【答案】D 【详解】A．小物块从圆盘上滑落后，小物块受到的摩擦力的方向与运动的方向始终相反，所以在餐桌上做减速直线运动，故A错误； B．小物块在圆盘上做圆周运动时，随转盘转速的增加，加速度逐渐变大，小物块从圆盘上滑落的瞬间，摩擦力达到最大静摩擦力，此时加速度最大，为 小物块在餐桌上的加速度 由于，可知，但小物块在圆盘上的加速度不一定大于，故B错误。 C．小物块在圆盘上随圆盘运动，角速度满足 即，不可能为，C错误； D．小物块从圆盘上滑落后沿圆盘的切线方向在桌面上做匀减速直线运动，在餐桌上滑动过程中相对桌面滑动的位移 可知摩擦生热为，D正确。 故选D。 （2025·湖南·模拟预测）如图所示的圆锥筒开口向上，为圆锥筒的顶点，O点为底面圆的圆心，圆锥筒的母线与水平面的夹角为。一可视为质点、质量为kg的物体放在圆锥筒内壁，给物体一沿内壁向下的初速度，物体刚好匀速下滑。将物体放在距离点m处，现让圆锥筒绕中心轴线以角速度ω匀速转动，物体随圆锥筒做圆周运动且始终相对圆锥筒静止。假设物体与圆锥筒间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g取10m/s2，，则下列说法正确的是（　　）变11-1 A．物体与圆锥筒间的动摩擦因数为0.5 B．当rad/s时，物体只受重力和支持力的作用 C．当rad/s时，物体所受的摩擦力大小为3N D．当rad/s时，物体恰好不沿圆锥筒内壁上滑 【答案】B 【详解】A．物体沿圆锥筒内壁下滑时，物体受重力、支持力和沿圆锥筒内壁向上的滑动摩擦力，由力的平衡条件得， 又 解得，A错误； B．当圆锥筒做匀速圆周运动，物体只受重力和支持力作用时，有 又 代入数据解得rad/s，B正确； C．rad/s时，圆锥筒的角速度大于，物体有沿圆锥筒内壁向上滑动的趋势，则物体所受的静摩擦力沿内壁向下，竖直方向上有 水平方向上有 代入数据解得N，C错误； D．当物体开始沿圆锥筒内壁上滑时，物体与圆锥筒内壁的摩擦力达到最大静摩擦力，竖直方向上有 水平方向上有 又 解得rad/s，D错误。 故选B。 （多选）（2025·江苏扬州·模拟预测）如图所示，在水平圆盘上沿半径方向放置用细线相连的质量均为m的A、B两个物块（可视为质点）， A和B距轴心O的距离分别为rA=R，rB=2R，且A、B与转盘之间的最大静摩擦力都是fm，两物块随着圆盘转动始终与圆盘保持相对静止。则圆盘转动的角速度从0逐渐缓慢增大的过程中，下列说法正确的是（　　）变11-2 A．B所受合外力大于A所受合外力 B．A受到的摩擦力一直指向圆心 C．B受到的摩擦力一直指向圆心 D．A、B两物块与圆盘保持相对静止的最大角速度为 【答案】AC 【详解】A．由于A、B都做匀速圆周运动，合力提供向心力，根据牛顿第二定律得，角速度相等，B的半径较大，所需向心力较大，故所受合力较大，故A正确； BC．由于最初圆盘转动角速度较小，A、B随圆盘做圆周运动所需向心力较小，可由A、B与盘面间静摩擦力提供，静摩擦力均指向圆心，由于B所需向心力较大，当B与盘面间静摩擦力达到最大值时（此时A与盘面间静摩擦力还没有达到最大），若继续增大转速，则B将做离心运动，而拉紧细线，使细线上出现张力，转速越大，细线上张力越大，当B与盘面间静摩擦力也达到最大时，B将开始滑动，A由于拉力作用，A将靠近圆心，所以A受到的摩擦力先指向圆心，后离开圆心，而B受到的摩擦力一直指向圆心，故B错误C正确； D．根据牛顿第二定律，对A物块 对B物块 联立得A、B两物块与圆盘保持相对静止的最大角速度为，故D错误。 故选 AC。 总结提升 1．运动特点 (1)运动轨迹是水平面内的圆． (2)合外力沿水平方向指向圆心，提供向心力，竖直方向合力为零，物体在水平面内做匀速圆周运动． 2．过程分析 重视过程分析，在水平面内做圆周运动的物体，当转速变化时，物体的受力可能发生变化，转速继续变化，会出现绳子张紧、绳子突然断裂、静摩擦力随转速增大而逐渐达到最大值、弹簧弹力大小方向发生变化等，从而出现临界问题． 3．方法突破 (1)水平转盘上的物体恰好不发生相对滑动的临界条件是物体与盘间恰好达到最大静摩擦力． (2)物体间恰好分离的临界条件是物体间的弹力恰好为零． (3)绳的拉力出现临界条件的情形有：绳恰好拉直意味着绳上无弹力；绳上拉力恰好为最大承受力等． 4．解决方法 当确定了物体运动的临界状态和临界条件后，要分别针对不同的运动过程或现象，选择相对应的物理规律，然后再列方程求解． 考向四：斜面上的圆周运动 （2026·山东泰安·一模）如图所示，在倾角为的光滑斜面上，长为的轻质细绳一端拴接一可视为质点的小球，另一端固定于斜面上的点。小球在最低点A处获得一瞬时冲量，恰好能在斜面上做完整的圆周运动。在同一水平高度，连线与连线垂直，重力加速度为，则小球运动到C处时加速度大小为（　　）例12 A． B． C． D． 【答案】C 【详解】小球经过B点时有 小球由B点运动到C点的过程，根据动能定理有 联立解得 小球经过C点时，向心加速度为 切向加速度为 小球运动到C处时加速度大小为 故选C。 （2025·山东临沂·三模）游乐场里有一个半径为5m的倾斜匀质圆盘，盘面与水平面的夹角为30°，圆盘可绕过圆盘圆心O且垂直于盘面的固定对称轴以1rad/s的角速度匀速转动，如图所示。一个小孩（可视为质点）坐在盘面上距O点距离r处，小孩与盘面间的动摩擦因数为，已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10m/s²。要保证小孩与圆盘始终保持相对静止，则距离r的可能取值范围为（　　）变12-1 A．0<r≤2.5m B．1m≤r≤3.5m C．2.5m≤r≤4m D．2.5m≤r≤5m 【答案】A 【详解】当小物体转到圆盘的最低点刚要滑动时，所受的静摩擦力沿斜面向上达到最大时，设半径为，根据牛顿第二定律有 解得 当小物体转到圆盘的最高点刚要滑动时，所受的静摩擦力沿斜面向下达到最大时，设半径为，根据牛顿第二定律有 解得 可知，故不符合要求。 故距离r的可能取值范围为 故选A。 （多选）如图所示，倾斜圆盘圆心处固定有与盘面垂直的细轴，盘面上沿同一直径放有质量均为m的A、B两物块（可视为质点），两物块分别用两根平行圆盘的不可伸长的轻绳与轴相连，A、B两物块与轴的距离分别为2d和d，两物块与盘面的动摩擦因数相同，盘面与水平面夹角为。当圆盘以角速度匀速转动时，物块A、B始终与圆盘保持相对静止，且当物块A转到最高点时，A所受绳子拉力刚好减小到零而B所受摩擦力刚好增大到最大静摩擦力。已知重力加速度为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。则下列说法正确的是（　　）变12-2 A． B． C．运动过程中绳子对A拉力的最大值为 D．运动过程中B所受摩擦力最小值为 【答案】ABD 【详解】A．对A、B受力分析，A在最高点由牛顿第二定律有 B在最低点，由牛顿第二定律有 联立解得 故A正确； B．由向心力公式可得 代入 解得 故B正确； C．运动过程中，当A到最低点时，所需的拉力最大设为，由牛顿第二定律有 代入数据解得 故C错误； D．运动过程中，当B到最高点时，所需的摩擦力最小设为，由牛顿第二定律有 联立解得 故D正确。 故选ABD。 总结提升 1．倾斜转盘上的物体 最高点mgsin θ±Ff＝mω2r 最低点Ff－mgsin θ＝mω2r 临界条件：恰好通过最低点 【直击真题】 1.（2025·河北·高考真题）某同学在傍晚用内嵌多个彩灯的塑料绳跳绳，照片录了彩灯在曝光时间内的运动轨迹，简图如图。彩灯的运动可视为匀速圆周运动，相机本次曝光时间是，圆弧对应的圆心角约为，则该同学每分钟跳绳的圈数约为（　　） A．90 B．120 C．150 D．180 【答案】C 【详解】根据题意可知跳绳的转动角速度为 故每分钟跳绳的圈数为 故选C。 2.（2025·重庆·高考真题）“魔幻”重庆的立体交通层叠交错，小明选取其中两条线探究车辆的运动。如图所示，轻轨列车与汽车以速度分别从M和N向左同时出发，列车做匀速直线运动，汽车在长为s的NO段做匀减速直线运动并以速度进入半经为R的OP圆孤段做匀速圆周运动。两车均视为质点，则（　　） A．汽车到O点时，列车行驶距离为s B．汽车到O点时，列车行驶距离为 C．汽车在OP段向心加速度大小为 D．汽车在OP段向心加速度大小为 【答案】B 【详解】AB．对汽车，根据速度位移关系 可得匀减速运动的加速度大小 汽车做减速运动的时间 这段时间列车行驶距离为 B正确，A错误； CD．根据 可得汽车在OP段向心加速度大小为 CD错误。 故选B。 3.（2025·安徽·高考真题）在竖直平面内，质点M绕定点O沿逆时针方向做匀速圆周运动，质点N沿竖直方向做直线运动，M、N在运动过程中始终处于同一高度。时，M、N与O点位于同一直线上，如图所示。此后在M运动一周的过程中，N运动的速度v随时间t变化的图像可能是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】因为M、N在运动过程中始终处于同一高度，所以N的速度与M在竖直方向的分速度大小相等， 设M做匀速圆周运动的角速度为，半径为r，其竖直方向分速度 即 则D正确，ABC错误。 故选D。 4.（2025·江西·高考真题）为避免火车在水平面上过弯时因内外轨道半径不同致使轮子打滑造成危险（不考虑离心问题），把固定连接为一体的两轮设计成锥顶角很小的圆台形，如图所示。设铁轨间距为L，正常直线行驶时两轮与铁轨接触处的直径均为D，过弯时内外轨间中点位置到轨道圆心的距离为过弯半径R。在很小时，。若在水平轨道过弯时要求轮子不打滑且横向偏移量不超过，则最小过弯半径R为（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】根据题意可知，转弯时车轮会向外偏移，这样导致轮子与外铁轨接触的位置半径增大为，根据几何关系有 同理可知，轮子与内铁轨接触的位置半径减小为，则有 设一段时间内，外轨道轮子与铁轨接触的位置向前运动的距离为，内轨道轮子与铁轨接触的位置向前运动的距离为，由于两轮固定连接为一体，且轮子不打滑，则有 由于 则有 转弯过程俯视图，如图所示 由几何关系有 联立解得 故选C。 二、天体运动 【知识梳理】 （一）开普勒定律 定律 内容 图示或公式 开普勒第一定律(轨道定律) 所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上 开普勒第二定律(面积定律) 对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等 开普勒第三定律(周期定律) 所有行星轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比都相等 ＝k，k是一个与行星无关的常量 （二）万有引力定律 1．内容 自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的方向在它们的连线上，引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积成正比、与它们之间距离r的二次方成反比． 2．表达式 F＝G，G为引力常量，通常取G＝6.67×10－11 N·m2/kg2，由英国物理学家卡文迪许测定． 3．适用条件 (1)公式适用于质点间的相互作用，当两个物体间的距离远大于物体本身的大小时，物体可视为质点． (2)质量分布均匀的球体可视为质点，r是两球心间的距离． （三）人造卫星参数 1．天体(卫星)运行问题分析 将天体或卫星的运动看成匀速圆周运动，其所需向心力由万有引力提供． 2．物理量随轨道半径变化的规律 G＝ 即r越大，v、ω、a越小，T越大．(越高越慢) 3．人造卫星 卫星运行的轨道平面一定通过地心，一般分为赤道轨道、极地轨道和其他轨道，同步卫星的轨道是赤道轨道． (1)极地卫星运行时每圈都经过南北两极，由于地球自转，极地卫星可以实现全球覆盖． (2)同步卫星 ①轨道平面与赤道平面共面，且与地球自转的方向相同． ②周期与地球自转周期相等，T＝24 h. ③高度固定不变，h＝3.6×107 m. ④运行速率均为v＝3.1 km/s. (3)近地卫星：轨道在地球表面附近的卫星，其轨道半径r＝R(地球半径)，运行速度等于第一宇宙速度v＝7.9 km/s(人造地球卫星的最大圆轨道运行速度)，T＝85 min(人造地球卫星的最小周期)． 注意：近地卫星可能为极地卫星，也可能为赤道卫星． （四）宇宙速度 第一宇宙速度(环绕速度) v1＝7.9 km/s，是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的最大环绕速度，也是人造地球卫星的最小发射速度 第二宇宙速度(逃逸速度) v2＝11.2 km/s，是物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度 第三宇宙速度 v3＝16.7 km/s，是物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度 （五）卫星的发射和变轨 在地面 附近静止 忽略自转：G＝mg，故GM＝gR2(黄金代换式) 考虑自转 两极：G＝mg 赤道：G＝mg0＋mω2R 卫星的 发射 第一宇宙速度：v＝＝＝7.9 km/s (天体) 卫星在 圆轨道 上运行 G＝Fn＝ 越高越慢，只有T与r变化一致 变轨 (1)由低轨变高轨，瞬时点火加速，稳定在高轨道上时速度较小、动能较小、机械能较大；由高轨变低轨，反之 (2)卫星经过两个轨道的相切点，加速度相等，外轨道的速度大于内轨道的速度 (3)根据开普勒第三定律，半径(或半长轴)越大，周期越长 【必备能力】 （一）应用万有引力定律 1．万有引力与重力的关系 地球对物体的万有引力F表现为两个效果：一是重力mg，二是提供物体随地球自转的向心力F向，如图所示． (1)在赤道上：G＝mg1＋mω2R. (2)在两极上：G＝mg0. (3)在一般位置：万有引力G等于重力mg与向心力F向的矢量和． 越靠近两极，向心力越小，g值越大．由于物体随地球自转所需的向心力较小，常认为万有引力近似等于重力，即＝mg. 2．星体表面及上空的重力加速度(以地球为例) (1)地球表面附近的重力加速度g(不考虑地球自转)：mg＝G，得g＝. (2)地球上空的重力加速度g′ 地球上空距离地球中心r＝R＋h处的重力加速度为g′，mg′＝，得g′＝.所以＝. 3.天体质量和密度的计算 (1)利用天体表面重力加速度 已知天体表面的重力加速度g和天体半径R. ①由G＝mg，得天体质量M＝. ②天体密度ρ＝＝＝. (2)利用运行天体(以已知周期为例) 测出卫星绕中心天体做匀速圆周运动的半径r和周期T. ①由G＝mr，得M＝. ②若已知天体的半径R，则天体的密度ρ＝＝＝. ③若卫星绕天体表面运行，可认为轨道半径r等于天体半径R，则天体密度ρ＝，故只要测出卫星环绕天体表面运动的周期T，就可估算出中心天体的密度． 4．第一宇宙速度的推导 方法一：由G＝m，得v1＝＝ m/s≈7.9×103 m/s. 方法二：由mg＝m得 v1＝＝ m/s≈7.9×103 m/s. 第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度，也是人造卫星的最大环绕速度，此时它的运行周期最短，Tmin＝2π＝2π s≈5 075 s≈85 min. （二）比较同步卫星、近地卫星和赤道上物体 如图所示，a为近地卫星，轨道半径为r1；b为地球同步卫星，轨道半径为r2；c为赤道上随地球自转的物体，轨道半径为r3. 比较项目 近地卫星 (r1、ω1、v1、a1) 同步卫星 (r2、ω2、v2、a2) 赤道上随地球自转的物体 (r3、ω3、v3、a3) 向心力 万有引力 万有引力 万有引力的一个分力 轨道半径 r2>r1＝r3 角速度 ω1>ω2＝ω3 线速度 v1>v2>v3 向心加速度 a1>a2>a3 【考向预测】 考向一：开普勒定律 （2022·辽宁沈阳·模拟预测）十八世纪，人们已经知道太阳系有七颗行星，但是第七颗行星天王星的运动轨道有些“古怪”：它的轨道与根据万有引力定律计算出来的轨道存在一些偏差，这个偏差产生的原因是（　　）例17 A．天文观测数据不准确 B．万有引力定律的准确性有问题 C．离天王星较近的土星对天王星的影响 D．天王星轨道外面还有一颗未发现的行星 【答案】D 【详解】天王星轨道外面还有一颗未发现的行星。该行星对天王星产生吸引作用，使其轨道产生了偏差。故ABC错误，D正确。 故选D。 （2024·湖南长沙·模拟预测）人类发现并记录的首颗周期彗星——哈雷彗星在2023年12月初抵达远日点后开始掉头，踏上归途。哈雷彗星是人一生中唯一可能裸眼看见两次的短周期彗星，因英国物理学家爱德蒙·哈雷首先测定其轨道数据并成功预言回归时间而得名。已知哈雷彗星大约每76年环绕太阳一周，如图所示为地球、哈雷彗星绕太阳运动的示意图，哈雷彗星轨道是一个很扁的椭圆，在近日点与太阳中心的距离为，在远日点与太阳中心的距离为，若地球的公转轨道可视为半径为R的圆轨道，则下列说法正确的是（　　）变13-1 A．在近日点与远日点的速度大小之比为 B．在近日点与远日点的加速度大小之比为 C．哈雷彗星大约将在2071年左右再次离太阳最近 D．哈雷彗星的轨道参数与地球轨道参数间满足 【答案】B 【详解】A．根据开普勒第二定律，取时间微元，结合扇形面积公式可得 解得 A错误； B．在近日点时，由牛顿第二定律可得 在远日点时，由牛顿第二定律可得 联立解得 B正确； C．由题中信息可知，哈雷彗星将在 年左右回到近日点，C错误； D．根据开普勒第三定律 得 则有 又半长轴 则 D错误； 故选B。 总结提升 1．行星绕太阳运动的轨道通常按圆轨道处理． 2.由开普勒第二定律可得Δl1r1＝Δl2r2，v1·Δt·r1＝v2·Δt·r2，解得＝，即行星在两个位置的速度之比与到太阳的距离成反比，近日点速度最大，远日点速度最小． 3．开普勒第三定律＝k中，k值只与中心天体的质量有关，不同的中心天体k值不同，且该定律只能用在同一中心天体的两星体之间． 考向二：万有引力定律的应用 （2026·陕西渭南·一模）木星的卫星中有四颗是伽利略发现的，称为伽利略卫星，某同学收集到了木星和其中一颗卫星木卫二的一些数据，引力常量。木卫二的数据：质量为，绕木星做匀速圆周运动的轨道半径为木星的数据：质量为，半径为，自转周期为。根据收集的数据他可以计算出（　　）例14 A．木卫二绕木星运动的速度 B．木卫二的密度 C．木星绕太阳运动的周期 D．木卫二表面的重力加速度 【答案】A 【详解】A．由万有引力提供向心力，有 解得 式中 、、 均已知，故可计算速度，故A正确； B．密度 体积 需要木卫二的半径 ，但该半径未知，故无法计算密度，故B错误； C．计算木星绕太阳周期需要太阳质量、木星绕太阳轨道半径等数据，但题目未提供任何相关信息，故无法计算，故C错误； D．由万有引力与重力的关系有 解得重力加速度 需要木卫二的半径 ，但该半径未知，故无法计算，故D错误。 故选A。 （25-26高三上·重庆九龙坡·期中）两颗行星和的卫星绕各自行星做匀速圆周运动。如图为卫星的角速度与轨道半径的关系图，图中两直线纵截距的差值，已知行星的半径是的3倍，忽略行星自转和其他星球影响，结合图像数据，下列说法正确的是（　　）变14-1 A．行星A与B的质量之比为1：9 B．行星A与B表面的重力加速度之比为9：1 C．行星A与B的平均密度之比为1：3 D．行星B的第一宇宙速度是A的3倍 【答案】C 【详解】A．根据万有引力提供向心力 整理可得 图中两直线的纵截距的差值b-a=lg9 即 即 行星B与A的质量之比为81：1，故A错误； B．行星B的半径是A的3倍，根据黄金代换 行星B与A表面的重力加速度之比为9：1，故B错误； C．根据体积公式，可得体积之比为27：1，根据密度公式 可知行星B与A的平均密度之比为3：1，故C正确； D．第一宇宙速度公式 解得 可知行星B的第一宇宙速度是A的倍，故D错误。 故选C。 （25-26高三上·河北保定·月考）人眼看到物体的大小取决物体在人眼视网膜上成像的大小，人眼对物体成像的大小取决于物体相对于人眼的张角θ，称为视场角，如图甲所示，同样的物体，离人越远，视场角越小，视网膜上成像就越小，观察到物体越小，太阳比月球大的多，但太阳距地球更远，所以在地球上观察到太阳和月球大小近似相等，如图乙所示。已知太阳的半径为月球半径的a倍，地球绕太阳转一圈的时间为一年，月球绕地球转一圈的时间为一个月。则太阳的质量与地球质量的比值约为（　　）变14-2 A． B． C． D． 【答案】D 【详解】由题意可知，在地球上观察到太阳和月球大小近似相等，即视场角大小相等。设月球到地球的距离为，月球的半径为，月球的质量为，月球绕地球运动的周期为，太阳到地球的距离为，太阳的半径为，太阳的质量为，地球绕太阳运动的周期为，地球的质量为，由万有引力提供天体运动的向心力有，月球绕地球运动 解得地球的质量为 地球绕太阳运动 解得太阳的质量为 所以太阳的质量与地球质量的比值为 由于视场角相等，可以得到 月球绕地球运动的周期与地球绕太阳运动的周期之比为 所以太阳的质量与地球质量的比值为。 故选D。 考向三：卫星参数对比 （2025·广东惠州·模拟预测）“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（　　）例15 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 【答案】A 【详解】A．根据牛顿第二定律得 解得 “天关”的轨道半径大于近地卫星的轨道半径，近地卫星的线速度等于第一宇宙速度，所以“天关”绕地运行的线速度小于地球第一宇宙速度，A正确； B．根据牛顿第二定律得 解得 “天关”的轨道半径小于同步卫星的轨道半径，“天关”绕地运行的角速度大于同步卫星的角度。地球自转的角速度等于同步卫星的角速度，所以“天关”绕地运行的角速度大于地球自转的角速度，B错误； C．根据牛顿第二定律得 解得 “天关”绕地运行的轨道半径小于高轨卫星绕地球运转的轨道半径，所以“天关”绕地运行的线速度大于高轨卫星的线速度，C错误； D．物体的机械能 因为两颗卫星的质量未知，所以无法判断两颗卫星的机械能的大小，D错误。 故选A。 （2025·广东深圳·一模）如图所示，a为静止在赤道上的物体，b为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星，c为地球同步卫星。以地心为参考系，关于它们的向心加速度，线速度，下列描述正确的是（　　）变15-1 A． B． C． D． 【答案】D 【详解】AB．由题意，根据 得 由于，可知 根据，， 可得 所以 故AB错误； CD．由题意，根据 得 由于，可知 根据，， 可得 所以 故C错误，D正确。 故选D。 考向四：卫星的追及相遇问题 （多选）（2025·贵州·模拟预测）北京时间2021年9月中旬至10月下旬出现了“火星合日”现象，即当火星和地球分别位于太阳两侧与太阳共线干扰无线电时，影响通信的天文现象，因此中国首辆火星车“祝融号”发生短暂失联。已知地球与火星绕太阳做匀速圆周运动的方向相同。火星的公转周期为，地球公转周期为，“祝融号”在火星赤道表面做匀速圆周运动的周期为，“祝融号”的质量为，火星的半径为，万有引力常量为，则下列说法正确的是（　　）例16 A．火星的第一宇宙速度大小为 B．太阳的质量为 C．火星的公转周期为大于地球公转周期 D．相邻两次“火星合日”的时间间隔为 【答案】ACD 【详解】A．“祝融号”在火星赤道表面附近做匀速圆周运动，由，解得火星质量 由，解得火星的第一宇宙速度大小，故A正确； B．火星和地球的公转轨道半径未知，所以无法求出太阳的质量，故B错误； C．根据开普勒第三定律可知，火星轨道半径大于地球轨道半径，故火星的公转周期更大，故C正确； D．相邻两次“火星合日”的时间间隔满足 解得，故D正确。 故选ACD。 （2025·云南昆明·模拟预测）神舟二十号载人飞船原定于2025年11月5日返回，由于疑似遭碎片撞击，推迟其返回计划。现有碎片A、飞船B绕地球在同一面内沿逆时针方向做匀速圆周运动，半径，转动周期分别为、。如图，某时刻碎片A、飞船B与地心连线的夹角为，经过一段时间，飞船B与碎片A第一次相距最近，则这段时间内，飞船B转过的圆心角为（　　）变16-1 A． B． C． D． 【答案】A 【详解】A、B均为逆时针旋转，设二者第一次相距最近需要的时间为，B转过的圆心角为，则， 联立可得 解得 故选A。 考向五：卫星变轨 （2026·四川广安·一模）2025年11月25日神舟二十二号飞船满载货物在无人状态下成功发射。如图，飞船先在近地圆轨道Ⅰ上做圆周运动，在处点火变轨后进入椭圆轨道Ⅱ，在处再次点火后，恰好变轨进入圆轨道Ⅲ。则（　　）例17 A．飞船在轨道上的周期大于在轨道上的周期 B．飞船在轨道上的速率大于在轨道Ⅲ上的速率 C．飞船在轨道上从到的速率越来越大 D．飞船在轨道I上的机械能等于在轨道Ⅲ上的机械能 【答案】B 【详解】A．由开普勒第三定律可知，飞船在轨道上的半长轴小于在轨道上的半长轴，所以飞船在轨道上的周期小于在轨道上的周期，故A错误； B．由环绕速度可知，飞船在轨道上的轨道半径小于在轨道Ⅲ上的轨道半径，所以飞船在轨道上的速率大于在轨道Ⅲ上的速率，故B正确； C．由开普勒第二定律可知，飞船在轨道上从到的速率越来越小，故C错误； D．飞船先在近地圆轨道Ⅰ上做圆周运动，在两处点火加速后恰好变轨进入圆轨道Ⅲ，发动机对飞船做正功，所以飞船在轨道I上的机械能小于在轨道Ⅲ上的机械能，故D错误。 故选B。 （2026·广东惠州·二模）图为我国二十一号同步卫星变轨过程模型简图。先用火箭将卫星送入近地圆轨道I，当卫星运行至点时，卫星自带的发动机点火推进，使卫星进入椭圆轨道，其远地点刚好与同步轨道相切于点，当卫星运行至点时再次点火推进，将卫星送入同步轨道III．已知近地圆轨道半径约为地球半径，同步轨道距地面高度约为，地球自转周期为，则以下说法中正确的是（　　）变17-1 A．卫星在轨道I上点减速后进入椭圆轨道II B．卫星沿轨道II从点到点过程中机械能越来越大 C．卫星在椭圆轨道II上运行的周期约为 D．卫星在轨道I上的运行的线速度大小约为 【答案】C 【详解】A．卫星从轨道I（圆）进入轨道II（椭圆）需在P点加速，做离心运动，故A错误； B．轨道II上卫星仅受万有引力，机械能守恒，故B错误； C．轨道I半径，轨道II半长轴 同步轨道III半径、周期。由开普勒第三定律 得，故C正确； D．轨道III线速度 轨道I半径更小，线速度更大，故，故D错误。 故选C。 考向六：双星系统 （多选）（2025·湖南·一模）宇宙中，两颗靠得比较近的星体，只受到彼此之间的万有引力作用互相绕转，称之为双星系统。如图所示，两颗星球组成的双星，在相互之间的万有引力作用下，绕连线上的O点做匀速圆周运动。现测得两颗星之间的距离为L，且，，万有引力常量为G。则（　　）例18 A．星球A、B做圆周运动的线速度之比为1:3 B．星球A、B做圆周运动的角速度之比为3:1 C．星球B做圆周运动的周期为 D．若质量较大的A星球会“吸食”质量较小的B星球的表面物质，从而实现质量转移。则在“吸食”的最初阶段，A、B运动的周期变大 【答案】AC 【详解】AB．对双星系统，彼此之间的万有引力提供它们做圆周运动的向心力，有， 可得 A、B做圆周运动的角速度相同，半径与质量成反比，由，知线速度之比为，故A正确、B错误； C．根据 又，则，故C正确； D．由于质量在两星球间转移，总质量不变，由，则周期不变，故D错误。 故选AC。 （多选）（2025·江西景德镇·模拟预测）如图所示，宇宙中有一个由P和Q两颗恒星构成的双星系统，它们在彼此间万有引力下以周期绕O点逆时针旋转，轨道半径分别是和（），P有一颗卫星M，以轨道半径绕P顺时针以周期做匀速圆周运动，已知，卫星M对恒星P、Q的运动没有影响，且忽略恒星Q对卫星M的影响，万有引力常量为G，下列说法正确的是（　　）变18-1 A．由已知条件可以求出Q的质量 B．恒星P、Q之间的万有引力为 C．若Q也有一颗质量很小的周期也为的卫星，则其轨道半径一定小于M的轨道半径 D．P、Q、M由图示位置到再次共线所需时间为 【答案】ABC 【详解】A．在P、Q组成的双星系统中，对P根据牛顿第二定律有 解得Q的质量为，故A正确； B．对于卫星M，由万有引力提供向心力得 解得P的质量为 则恒星P、Q之间的万有引力为，故B正确； C．若Q也有一颗质量很小的周期也为的卫星，设卫星的质量为m，轨道半径为r，根据牛顿第二定律可得 解得 同理可得M的轨道半径为 对P、Q组成的双星系统有 因为，则有，，故C正确； D．如图所示 P、Q、M三星由图示位置到再次共线时，P、Q转过的圆心角与M转过的圆心角互补，则有 解得，故D错误。 故选ABC。 【直击真题】 1.（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。 2.（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。 3.（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。为探测某自转周期为的小行星，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，接下来变轨到小行星表面附近绕其做匀速圆周运动，测得周期为。已知引力常量为G，不考虑其他天体对卫星的引力，可根据以上物理量得到。下列选项正确的是（　　） A．a为为为 B．a为为为 C．a为为为 D．a为为为 【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 设小行星和卫星的质量分别为 由开普勒第三定律有 解得 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 解得 对应结果可得a为为为。 故选A。 4.（2024·辽宁·高考真题）如图（a），将一弹簧振子竖直悬挂，以小球的平衡位置为坐标原点O，竖直向上为正方向建立x轴。若将小球从弹簧原长处由静止释放，其在地球与某球状天体表面做简谐运动的图像如（b）所示（不考虑自转影响），设地球、该天体的平均密度分别为和，地球半径是该天体半径的n倍。的值为（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】设地球表面的重力加速度为，某球体天体表面的重力加速度为，弹簧的劲度系数为，根据简谐运动的对称性有 可得 可得 设某球体天体的半径为，在星球表面，有 联立可得 故选C。 5.（2022·福建·高考真题）2021年美国“星链”卫星曾近距离接近我国运行在距地近圆轨道上的天宫空间站。为避免发生危险，天宫空间站实施了发动机点火变轨的紧急避碰措施。已知质量为m的物体从距地心r处运动到无穷远处克服地球引力所做的功为，式中M为地球质量，G为引力常量；现将空间站的质量记为，变轨前后稳定运行的轨道半径分别记为、，如图所示。空间站紧急避碰过程发动机做的功至少为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】空间站紧急避碰的过程可简化为加速、变轨、再加速的三个阶段；空间站从轨道变轨到过程，根据动能定理有 依题意可得引力做功 万有引力提供在圆形轨道上做匀速圆周运动的向心力，由牛顿第二定律有 求得空间站在轨道上运动的动能为 动能的变化 解得 故选A。 6.（2024·江西·高考真题）雪地转椅是一种游乐项目，其中心传动装置带动转椅在雪地上滑动。如图（a）、（b）所示，传动装置有一高度可调的水平圆盘，可绕通过中心O点的竖直轴匀速转动。圆盘边缘A处固定连接一轻绳，轻绳另一端B连接转椅（视为质点）。转椅运动稳定后，其角速度与圆盘角速度相等。转椅与雪地之间的动摩擦因数为，重力加速度为g，不计空气阻力。 （1）在图（a）中，若圆盘在水平雪地上以角速度匀速转动，转椅运动稳定后在水平雪地上绕O点做半径为的匀速圆周运动。求与之间夹角的正切值。 （2）将圆盘升高，如图（b）所示。圆盘匀速转动，转椅运动稳定后在水平雪地上绕点做半径为的匀速圆周运动，绳子与竖直方向的夹角为，绳子在水平雪地上的投影与的夹角为。求此时圆盘的角速度。 【答案】（1）；（2） 【详解】（1）转椅做匀速圆周运动，设此时轻绳拉力为T，转椅质量为m，受力分析可知轻绳拉力沿切线方向的分量与转椅受到地面的滑动摩擦力平衡，沿径向方向的分量提供圆周运动的向心力，故可得 联立解得 （2）设此时轻绳拉力为，沿和垂直竖直向上的分力分别为 ， 对转椅根据牛顿第二定律得 沿切线方向 竖直方向 联立解得 04 自我提升 1.（2025·山东·高考真题）某同学用不可伸长的细线系一个质量为的发光小球，让小球在竖直面内绕一固定点做半径为的圆周运动。在小球经过最低点附近时拍摄了一张照片，曝光时间为。由于小球运动，在照片上留下了一条长度约为半径的圆弧形径迹。根据以上数据估算小球在最低点时细线的拉力大小为（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】根据题意可知在曝光时间内小球运动的长度为 近似认为在曝光时间内小球做匀速直线运动，故有 在最低点根据牛顿第二定律有 代入数据解得T=7N 故选C。 2.（2024·广东·高考真题）如图所示，在细绳的拉动下，半径为r的卷轴可绕其固定的中心点O在水平面内转动。卷轴上沿半径方向固定着长度为l的细管，管底在O点。细管内有一根原长为、劲度系数为k的轻质弹簧，弹簧底端固定在管底，顶端连接质量为m、可视为质点的插销。当以速度v匀速拉动细绳时，插销做匀速圆周运动。若v过大，插销会卡进固定的端盖。使卷轴转动停止。忽略摩擦力，弹簧在弹性限度内。要使卷轴转动不停止，v的最大值为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】有题意可知当插销刚卡紧固定端盖时弹簧的伸长量为，根据胡克定律有 插销与卷轴同轴转动，角速度相同，对插销有弹力提供向心力 对卷轴有 联立解得 故选A。 3.（2025·浙江·一模）如图所示，离地高度H=2m的O1处固定匀速转动的一电机，电机通过一根长度L=1m的不可伸长的轻绳使小球在水平面内做以O2为圆心的匀速圆周运动，此时。某时刻，绳子和小球的连接处突然断开，小球最终落在O3所在的水平地面上。O1O2O3的连线垂直地面，不计空气对小球运动的影响，小球可视为质点且落地后即静止。则（    ） A．小球下落的时间为 B．小球的落点到O3的距离为1.2m C．若增大H，落点到O3的距离先增大后减小 D．若增大L，落点到O3的距离先增大后减小 【答案】B 【详解】A．绳子断开后小球做平抛运动，由 解得，故A错误； B．设小球做圆周运动的速度大小为，则有 解得 小球平抛的水平位移 小球的落点到O3的距离 故B正确； C．若增大H，由，可知小球做平抛运动的时间变长， 由，可知小球平抛运动的初速度大小不变，则小球平抛的水平位移变大，落点到O3的距离变大，故C错误； D．由 得 若增大L，由， 得， 小球平抛的水平位移 小球的落点到O3的距离 又 若增大L，由二次函数知识可知落点到O3的距离一直增大，故D错误。 故选B。 4.（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，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 0.39 0.72 1.0 1.5 5.2 9.5 19 30 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 【详解】根据开普勒第三定律可知 其中，， 代入解得 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。 5.（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。 6.（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。 7.（2025·河北·模拟预测）如图所示，、两个可视为质点的小球由两段不可伸长的细线连接，一同学用手握住细线上端，初始时刻两个球均静止，该同学通过晃动细线让两个小球动起来，系统稳定时两个小球均在水平面内做匀速圆周运动，细线与竖直方向成角。已知两段细线长度均为，、两小球的质量分别为、，两个小球做匀速圆周运动的角速度，重力加速度为，晃动细线过程中点高度没有发生变化，不计空气阻力，。他在晃动细线的过程中做功为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】设AB与竖直方向夹角为，如图 对A有牛顿第二定律定理有 代入题中数据，联立解得 故B增加的重力势能 B增加的动能 故A增加的重力势能 A增加的动能 代入题中数据，联立解得系统增加的机械能 由能量守恒可知，他在晃动细线的过程中做功为。 故选A。 8.（2024·全国·模拟预测）如图所示，小物块A、B、C与水平转台相对静止，B、C间通过原长为1.5r、劲度系数的轻弹簧连接，已知A、B、C的质量均为m，A与B之间的动摩擦因数为2μ，B、C与转台间的动摩擦因数均为μ，A和B、C离转台中心的距离分别为r、1.5r，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，以下说法正确的是（　　） A．逐渐增大转台角速度，B先相对于转台滑动 B．当B与转台间摩擦力为零时，C受到的摩擦力方向沿半径背离转台中心 C．当B与转台间摩擦力为零时，A受到的摩擦力为 D．当A、B及C均相对转台静止时，允许的最大角速度为 【答案】B 【详解】A．当AB刚好要滑动时，弹簧弹力与最大最大静摩擦力的合力提供向心力，则对AB整体有 解得 假设B不动，当C刚好要滑动时，则有 解得 因为 可知C先滑动，而A受到的摩擦力为 故A相对B静止，故A错误； D．A、B及C均相对转台静止时允许的最大角速度为 故D错误； B．当B与转台间摩擦力为0时，对AB整体由弹簧弹力提供向心力，则有 解得 此时C受到的向心力 故C受到的摩擦力方向背离中心，故B正确； C．A受到的摩擦力为 故C错误。 故选B。 9.（多选）（2025·陕西商洛·二模）如图所示，光滑水平面上固定一光滑竖直硬杆，一原长L=1m、劲度系数k=20N/m的轻质弹簧套在杆上，弹簧下端固定在水平面上。质量均为m=0.5kg的小球a、b，固定在长L=1m的轻质细杆的两端，其中有小孔的a球套在杆上，b球放置在水平面上。给小球b以不同的角速度ω，使其绕竖直杆做匀速圆周运动。重力加速度g取10m/s2，则下列说法正确的是（　　） A．弹簧的弹力随角速度ω的增大而增大 B．轻质细杆的弹力与ω2成正比 C．当ω=5rad/s时，弹簧的弹力大小为10N D．当ω分别为和时，a、b小球及弹簧构成的系统机械能之差大于3J 【答案】BCD 【详解】A．当小球b离开水平面以后，弹簧的弹力等于两个小球的总重力，弹簧的弹力不变，弹簧的弹力不随角速度ω增大，A错误； B．当小球离开水平面以后，设细杆与竖直方向成α角，根据牛顿第二定律得 又因为 解得 轻质细杆的弹力与ω2成正比，小球在水平面时有 依旧有 B正确； C．设小球b刚好离开水平面时的角速度为ω1，竖直方向根据平衡条件得 解得 弹簧长度是0.5m，轻质细杆与竖直方向的夹角是60°，水平方向根据牛顿第二定律得 解得 当ω=5rad/s时，b球已经离开水平面，弹簧的弹力大小为 C正确； D．当时b球恰好离开水平面，当时，弹簧长度不变，a球位置不变，弹簧和a球的机械能不变，b球增加的动能为 又因为 解得 b球的重力势能也增加了, 所以b球的机械能的增加值大于3J，故当ω分别为和时，a、b小球及弹簧构成的系统机械能之差大于3J，D正确。 故选BCD。 10.（2025·四川达州·模拟预测）如图甲所示，水平地面上固定着一个内壁光滑的容器，其内表面为旋转抛物面。一个小球贴着内壁在水平面内做匀速圆周运动。现以容器底部中心最低点为坐标原点建立坐标系，该容器内部曲面过点的竖直截面为图线，如图乙所示。小球位于图线上纵坐标为的位置，已知重力加速度为，则下列说法正确的是（   ） A．小球的加速度大小为 B．小球绕一圈，容器对小球的支持力的冲量为0 C．小球的速率为 D．若该小球以更小的速率做水平面内圆周运动，则它的纵坐标仍可以为 【答案】C 【详解】AC．由数学知识可知，的斜率为 故，时，该点斜率为 即该点切线与轴的夹角的正切值 小球做圆周运动时 故，故A错误，C正确； B．运动过程中，支持力不为0，冲量不为0，故B错误； D．小球速率变小，纵坐标要减小，故D错误。 故选C。 11.（2026·云南昭通·一模）如图所示，某理想化平面四星系统由四颗质量相等的星体组成，四颗星体对称分布在正方形的四个顶点上，绕正方形外接圆圆心做角速度相等的匀速圆周运动，系统稳定且无相对运动，忽略其他天体的引力作用。已知星体质量均为，正方形边长为，引力常量为。下列关于各星体做匀速圆周运动的物理量表述正确的是（　　） A．轨道半径为 B．向心力大小为 C．线速度大小为 D．周期为 【答案】D 【详解】A．由几何知识可得 解得星体的轨道半径，故A错误； B．每个星体均受到其他三个星体引力的作用，则向心力，故B错误； C．根据 结合上述结论 解得，故C错误； D．根据 结合上述结论， 解得星体做匀速圆周运动的周期，故D正确。 故选D。 13.（2025·湖南·模拟预测）如图1所示，某人造卫星绕地球运动，所受地球引力大小随时间变化的规律如图2所示，图2中的t为已知量。已知地球的半径为R，近地点离地面的高度也为R，引力常量为G，假设卫星只受地球引力，下列说法正确的是（　　） A．卫星在近地点与远地点的速度大小之比为3∶1 B．卫星在近地点与远地点的加速度大小之比为3∶1 C．地球的质量为 D．地球表面的重力加速度大小为 【答案】A 【详解】A．设近地点到地心的距离为，远地点到地心的距离为，根据万有引力公式可得卫星在近地点时，有， 星在远地点时，有 解得 根据开普勒第二定律，卫星在近地点与远地点时， 可知近地点与远地点的速度之比为，故A正确； B．根据万有引力提供向心力，有 解得 可知卫星在近地点与远地点的加速度之比为9∶1，故B错误； C．由已知条件知近地点到地心的距离为 由图可知，卫星的周期为，该卫星的半长轴为4R，结合开普勒第三定律知 解得，故C错误； D．由万有引力等于重力，有 解得，故D错误。 故选A。 14.（2025·湖北·二模）北斗卫星导航系统是我国自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。如图，Ⅰ为地球近地卫星，Ⅱ为北斗卫星导航系统中的一颗静止轨道卫星，其对地张角为。已知地球自转周期为，万有引力常量为G。下列说法正确的是（　　） A．地球的平均密度为 B．卫星Ⅰ和卫星Ⅱ的加速度之比为 C．卫星Ⅰ的周期为 D．卫星Ⅱ的发射速度大于11.2 km/s 【答案】A 【详解】AC．设地球的质量为M，卫星Ⅰ、Ⅱ的轨道半径分别为和，卫星Ⅱ为同步卫星，周期为，根据开普勒第三定律可得 根据几何关系可得 可得卫星Ⅰ的周期为 对卫星Ⅰ，根据万有引力提供向心力可得 地球的密度 联立解得，故A正确，C错误； B．根据可得 可推导出卫星Ⅰ和卫星Ⅱ的加速度之比为，故B错误； D．11.2 km/s是第二宇宙速度，为逃逸出地球引力的最小发射速度，卫星Ⅱ处于地球引力场中，所以卫星Ⅱ的发射速度小于11.2 km/s，故D错误。 故选A。 15.（2025·江苏·模拟预测）如图甲，“星下点”是指卫星和地心连线与地球表面的交点，图乙是航天控制中心大屏幕上显示某气象卫星的“星下点”在一段时间内的轨迹。地球可视为球体，地球匀速自转，则（　　） A．该气象卫星绕地球运动的轨道是椭圆 B．地球自转周期是该气象卫星绕地球运动周期的3倍 C．该气象卫星线速度介于第一、第二宇宙速度之间 D．该气象卫星受地球的引力一定大于地球同步卫星受地球的引力 【答案】B 【详解】A．由图乙可知，该气象卫星相邻两次经过赤道正上方所用的时间相等，所以，该气象卫星的轨道是圆，故A错误； B．由图乙可知，在地球自转一周的时间内，该气象卫星转了3周，即，故B正确； C．因轨道半径越大线速度越小，第一宇宙速度是最大环绕速度，所以，该气象卫星线速度应小于第一宇宙速度，故C错误； D．因该卫星与地球静止卫星的质量关系未知，所以无法比较该气象卫星受地球的引力与静止卫星受地球的引力的大小关系，故D错误。 故选B。 16.（2025·河北石家庄·模拟预测）1772年，法籍意大利数学家拉格朗日在论文《三体问题》中指出：两个质量相差悬殊的天体（如地球和月亮）所在同一平面上有5个特殊点，如图中的、、、、所示，人们称为拉格朗日点。若飞行器位于这些点上，会在地球与月球共同引力作用下，可以几乎不消耗燃料而保持与地球同步做圆周运动。若发射一颗卫星定位于拉格朗日点，跟地、月两个大天体保持相对静止。设地球质量是月球的倍，地月间距为，拉格朗日点与月球间距离为，忽略卫星对月球的引力。下列说法正确的是（　　） A．该卫星绕地球运动周期大于月球公转周期 B．该卫星在点处于平衡状态 C．该卫星与月球绕地球运动的线速度之比为 D．、、的关系式为 【答案】D 【详解】A．该卫星与月球同步绕地球运动，可知卫星绕地球运动周期等于月球公转周期，A错误； B．该卫星绕地球做匀速圆周运动，所受的合力为地球和月球对它引力的合力，这两个引力方向相同，合力不为零，处于非平衡状态，故B错误； C．由A选项可得卫星与月球的角速度相等，根据，可知 故C错误； D．设地球的质量为，月球的质量为，卫星的质量为，则对月球有 对卫星有 其中 联立解得 故D正确。 故选D。 17.（2023·福建·高考真题）一种离心测速器的简化工作原理如图所示。细杆的一端固定在竖直转轴上的O点，并可随轴一起转动。杆上套有一轻质弹簧，弹簧一端固定于O点，另一端与套在杆上的圆环相连。当测速器稳定工作时，圆环将相对细杆静止，通过圆环的位置可以确定细杆匀速转动的角速度。已知细杆长度，杆与竖直转轴的夹角a始终为，弹簧原长，弹簧劲度系数，圆环质量；弹簧始终在弹性限度内，重力加速度大小取，摩擦力可忽略不计 （1）若细杆和圆环处于静止状态，求圆环到O点的距离； （2）求弹簧处于原长时，细杆匀速转动的角速度大小； （3）求圆环处于细杆末端P时，细杆匀速转动的角速度大小。 【答案】（1）0.05m；（2）；（3） 【详解】（1）当细杆和圆环处于平衡状态，对圆环受力分析得 根据胡克定律得 弹簧弹力沿杆向上，故弹簧处于压缩状态，弹簧此时的长度即为圆环到O点的距离 （2）若弹簧处于原长，则圆环仅受重力和支持力，其合力使得圆环沿水平方向做匀速圆周运动。根据牛顿第二定律得 由几何关系得圆环此时转动的半径为 联立解得 （3）圆环处于细杆末端P时，圆环受力分析重力，弹簧伸长，弹力沿杆向下。根据胡克定律得 对圆环受力分析并正交分解，竖直方向受力平衡，水平方向合力提供向心力，则有 ， 由几何关系得 联立解得 18.（2024·全国·一模）一离心调速装置如图所示，四根轻杆a、b、c、d与两小球M、N以及圆环P通过铰链连接，轻杆长均为L，M、N、P的质量均为m，轻杆a、b上端通过铰链固定在竖直转轴上的O点，套在转轴上的轻质弹簧连接在O点与圆环P之间，弹簧原长为。装置静止时，轻杆与竖直方向的夹角均为37°，绕转轴转动该装置并缓慢增大转速，圆环缓慢上升，使轻杆与竖直方向的夹角均变为53°，弹簧始终在弹性限度内，忽略一切摩擦和空气阻力，重力加速度为g，，求： （1）装置静止时，轻杆a对小球M弹力的大小； （2）弹簧的劲度系数； （3）轻杆与竖直方向夹角为时该装置转动角速度的大小。 【答案】（1）；（2）；（3） 【详解】（1）装置静止时，设a、c杆中的弹力分别为、，M受力平衡，则有 解得 （2）装置静止时，P受到弹簧的弹力为 方向竖直向上。 P受力平衡，则有 解得 （3）轻杆与竖直方向夹角为时，设a、c杆中的弹力分别为、，P受到的弹力为 方向竖直向下。 P受力平衡，有 解得 对M有 解得 1 学科网（北京）股份有限公司 $ 二轮复习 专题四：圆周运动与天体运动（原卷版） 01 考情分析 2 02知识构架 3 03题型突破 4 一、圆周运动 4 考向一：水平面内圆周运动 6 考向二：竖直面内圆周运动 9 考向三：圆周运动的临界问题 12 考向四：斜面上的圆周运动 14 二、天体运动 18 考向一：开普勒定律 22 考向二：万有引力定律的应用 23 考向三：卫星参数对比 24 考向四：卫星的追及相遇问题 25 考向五：卫星变轨 26 考向六：双星系统 27 04 自我提升 32 01 考情分析 往年命题规律 从近3年以来的高考命题来分析，圆周运动和天体运动属于高频考点，常以选择题、实验题和简答题的形式考查，圆周运动多以选择题、实验题和简答题的形式出现，天体运动以选择题的形式出现，出题方式会以生活情景相结合和前沿科技进行命题 考点频次总结 考点 2025年 2024年 2023年 圆周运动 江西·高考真题 浙江·高考真题 重庆·高考真题 北京·高考真题 河北·高考真题 安徽·高考真题 江苏·高考真题 广东·高考真题 山东·高考真题 福建·高考真题 上海·高考真题 天津·高考真题 贵州·高考真题 海南·高考真题 江苏·高考真题 甘肃·高考真题 广东·高考真题 江西·高考真题 福建·高考真题 重庆·高考真题 广东·高考真题 北京·高考真题 上海·高考真题 江苏·高考真题 湖南·高考真题 全国甲卷·高考真题 天体运动 天津·高考真题 江苏·高考真题 浙江·高考真题 全国卷·高考真题 重庆·高考真题 甘肃·高考真题 四川·高考真题 北京·高考真题 湖南·高考真题 安徽·高考真题 陕晋青宁·高考真题 广东·高考真题 山东·高考真题 河南·高考真题 云南·高考真题 湖北·高考真题 海南·高考真题 浙江·高考真题 天津·高考真题 贵州·高考真题 重庆·高考真题 浙江·高考真题 海南·高考真题 北京·高考真题 甘肃·高考真题 安徽·高考真题 广东·高考真题 广西·高考真题 河北·高考真题 山东·高考真题 江西·高考真题 湖北·高考真题 全国甲卷·高考真题 新疆河南·高考真题 福建·高考真题 湖南·高考真题 辽宁·高考真题 上海·高考真题 河北·高考真题 福建·高考真题 重庆·高考真题 广东·高考真题 天津·高考真题 北京·高考真题 山东·高考真题 浙江·高考真题 湖北·高考真题 辽宁·高考真题 海南·高考真题 江苏·高考真题 新课标·高考真题 湖南·高考真题 2026年向预测 2026年高考圆周运动和天体运动为高频考点，圆周运动会结合生活情景，例如汽车、火车；天体运动会结合前沿科技进行考查，例如卫星、空间站、太空电梯等，会更加注重学生对于情景的解读，再结合知识进行考查。 素养目标 1.掌握圆周运动的基本模型和圆周运动的临界问题 2.掌握开普勒定律和万有引力定律的应用 核心能力 圆周运动的受力分析和临界判断；开普勒定律和万有引力定律的应用 02知识构架 03题型突破 一、圆周运动 【知识储备】 （一）匀速圆周运动的向心力 1.作用效果 向心力产生向心加速度，只改变速度的方向，不改变速度的大小． 2.大小 Fn＝m＝mrω2＝mr＝mωv. 3.方向 始终沿半径方向指向圆心，时刻在改变，即向心力是一个变力． （二）离心运动和近心运动 1.离心运动：做圆周运动的物体，在所受合外力突然消失或不足以提供圆周运动所需向心力的情况下，就做逐渐远离圆心的运动． 2.受力特点(如图) (1)当F＝0时，物体沿切线方向飞出，做匀速直线运动． (2)当0<F<mrω2时，物体逐渐远离圆心，做离心运动． (3)当F>mrω2时，物体逐渐向圆心靠近，做近心运动． 3.本质：离心运动的本质并不是受到离心力的作用，而是提供的力小于做匀速圆周运动需要的向心力． （三）水平面内的圆周运动 运动模型 向心力的来源图示 汽车在水平路面转弯 水平转台(光滑) 圆锥摆 飞车走壁 飞机水平转弯 火车转弯 （四）竖直面内的圆周运动 轻绳模型(最高点无支撑) 轻杆模型(最高点有支撑) 实例 球与绳连接、水流星、沿内轨道运动的“过山车”等 球与杆连接、球在光滑管道中运动等 图示 受力示意图 F弹向下或等于零 F弹向下、等于零或向上 力学方程 mg＋F弹＝m mg±F弹＝m 临界特征 F弹＝0 mg＝m 即vmin＝ v＝0 即F向＝0 F弹＝mg 讨论分析 (1)最高点，若v≥，F弹＋mg＝m，绳或轨道对球产生弹力F弹 (2)若v<，则不能到达最高点，即到达最高点前小球已经脱离了圆轨道 (1)当v＝0时，F弹＝mg，F弹背离圆心 (2)当0<v<时，mg－F弹＝m，F弹背离圆心并随v的增大而减小 (3)当v＝时，F弹＝0 (4)当v>时，mg＋F弹＝m，F弹指向圆心并随v的增大而增大 【必备能力】 （一）向心力来源判断 向心力是按力的作用效果命名的，可以是重力、弹力、摩擦力等各种力，也可以是几个力的合力或某个力的分力，因此在受力分析中要避免再另外添加一个向心力． （二）圆周运动临界分析 1.圆周运动的三种临界情况 (1)接触面滑动临界：摩擦力达到最大值． (2)接触面分离临界：FN＝0. (3)绳恰好绷紧：FT＝0；绳恰好断裂：FT达到绳子最大承受拉力． 【考向预测】 考向一：水平面内圆周运动 （2026·广东·一模）科技小组设计了在空间站测量物体质量的装置，如图所示。滑块放在水平桌面上，细线穿过桌面上的光滑小孔，连接滑块与下端竖直固定的弹簧测力计。若在空间站里让滑块以角速度做半径为R的匀速圆周运动时，拉力大小为F。已知滑块与桌面的动摩擦因数为，重力加速度为g，则滑块质量为（　　）例1 A． B． C． D． （2026·福建泉州·二模）2025年11月福建舰在三亚正式入列，标志着我国正式进入三航母时代。如图，福建舰在海上转弯，设其绕O点做匀速圆周运动，速度大小约为10m/s，转弯半径约为2000m，质量约为8×107kg，则（　　）变1-1 A．舰受到的合力大小为零 B．舰所需的向心力大小约为4×106N C．水对舰的作用力大小约为4×106N D．水对舰的作用力方向指向O点 （2026·江西上饶·一模）如图（a）所示，一可视为质点的滑块放在水平转台上，滑块恰好能随转台绕O点做半径为r的匀速圆周运动，图（b）为俯视图。某学校物理兴趣小组利用位移传感器采集滑块的位置和时刻信息，画出某时刻起滑块沿x轴上的分速度vx随时间t的变化关系如图（c）所示。取水平向右为正方向，滑块所受最大静摩擦力大小等于滑动摩擦力大小，不计空气阻力。则滑块与转台间动摩擦因数和图（c）中阴影部分面积S大小分别为（　　）例2 A．， B．， C．， D．， （2026·四川攀枝花·一模）如图所示，两个开口向上的圆锥形漏斗，其中轴线O1O2、O3O4均位于竖直方向，两漏斗的尖端O1、O3高度相同。两个质量相同、可视为质点的小球P、Q分别位于两漏斗的内表面上等高的位置。现分别给两小球一个水平初速度，使两小球刚好沿各自所在的漏斗内表面做圆周运动。忽略一切摩擦和空气阻力，以O1、O3所在水平面为零势能面，下列说法中正确的是（　　）例3 A．P球所受的弹力大于Q球所受的弹力 B．P球的线速度大于Q球的线速度 C．P球的角速度小于Q球的角速度 D．P球的机械能小于Q球的机械能 （2026·贵州毕节·一模）如图，某游乐场的旋转飞椅由水平圆形支架、轻绳和吊椅组成，圆形支架的半径为2m，绳长为5m。一游客坐在吊椅上随圆形支架匀速转动时，轻绳与竖直方向的夹角为37°。已知游客和吊椅的总质量为60kg，，取重力加速度g为10，若游客和吊椅可视为质点，则圆形支架的角速度和吊椅对轻绳的作用力大小F分别为（　　）例4 A．　　F=750N B．　　F=750N C．　　F=1000N D．　　F=1000N 总结提升 考向二：竖直面内圆周运动 （2026·福建·一模）太极球是一种融合太极原理的健身运动项目，强调螺旋缠绕与内外协调的运动形态。一老年协会开展了该项“太极球”运动，如图所示，某次进行该项运动时，一老人半马步站立，手持太极球拍，球拍上放一橡胶太极球，舞动球拍，让小球在竖直面内始终不脱离球拍且做匀速圆周运动，关于此过程，以下说法正确的是（　　）例5 A．太极球的机械能始终保持不变 B．太极球所受的合力始终保持不变 C．太极球在D处可能与球拍之间没有摩擦力 D．太极球由A经过B到达C的过程中，先超重后失重 （2025·内蒙古乌兰察布·模拟预测）同一辆汽车以相同的速率分别通过甲、乙、丙、丁四个圆弧形路面，乙的半径比甲的大，丁的半径比丙的大；则汽车在甲、乙路面的最高点对路面的压力，在丙、丁路面的最低点对路面的压力，最大的是（　　）例6 A． B． C． D． （25-26高三上·安徽六安·月考）如图1所示，O点处固定有力传感器，长为l的轻绳一端与力传感器相连，另一端固定着一个小球。现让小球在最低点以某一速度开始运动，设轻绳与竖直方向的角度为（如图所示），图2为轻绳弹力大小F随变化的部分图像。图2中a为已知量，不考虑空气阻力，重力加速度大小为g，则（　　）例7 A．小球质量为 B．小球在与圆心等高处时的速度为 C．小球运动到时的动能为 D．小球在最低点时对细线的拉力为4a 【答案】B （2025·湖北武汉·三模）如图所示，在竖直平面内固定一刚性轻质的圆环形细管（管道内径极小），一质量为m的小球放置于管内顶端A点，其直径略小于管道内径。现给小球一微小扰动，使之顺时针沿管道下滑。管内的B点与管道的圆心O等高，C点是管道的最低点，若不计一切摩擦，下列说法中正确的是（    ）例8 A．小球不可能回到A点 B．小球对细管的作用力不可能为零 C．从A点运动到C点，小球对细管的作用力一直增大 D．从A点运动到B点，小球对细管的作用力先减小后增大 （2026·云南·模拟预测）匀强电场中，质量为、带电荷量为且可视为质点的小球在长为的绝缘轻绳拉力作用下绕固定点在竖直平面内做圆周运动，点为圆周上的最低点，电场方向平行于圆周平面。已知运动过程中小球速度最小值为（为重力加速度），此时绳子拉力恰好为零。小球运动到点时速度大小为，不计空气阻力。求：例9 (1)电场力和重力合力的大小； (2)绳子对小球拉力的最大值； (3)匀强电场的电场强度大小。 总结提升 1.解题技巧 (1)物体通过圆周运动最低点、最高点时，利用合力提供向心力列牛顿第二定律方程； (2)物体从某一位置到另一位置的过程中，用动能定理找出两处速度关系； (3)注意：求对轨道的压力时，转换研究对象，先求物体所受支持力，再根据牛顿第三定律求出压力． 2.竖直面及倾斜面内的圆周运动 轻绳模型 最高点FT＋mg＝m 恰好通过最高点，绳的拉力恰好为0 轻杆模型 最高点mg±F＝m 恰好通过最高点，杆对小球的力等于小球重力 带电小球在叠加场中的圆周运动 等效法 关注六个位置的动力学方程，最高点、最低点、等效最高点、等效最低点，最左边和最右边位置 恰好通过等效最高点；恰好做完整圆周运动 考向三：圆周运动的临界问题 （2025·山东·模拟预测）如图所示，半径为的玩具转盘在转盘中心点固定了一竖直杆，质量为的小球用轻绳和轻杆一起连接在竖直杆上，轻绳与竖直杆上的点相连，轻杆用铰链连接在竖直杆上的点（可绕点自由转动）。已知圆盘静止时轻绳与竖直方向夹角，轻杆与竖直方向夹角，，，不计摩擦阻力，重力加速度为。则下列说法正确的是（　　）例10 A．当绳上恰好无弹力时，小球的角速度 B．当小球角速度时，杆上弹力 C．当上恰好无弹力时，小球角速度 D．若转动过程中小球突然脱离，则当圆盘角速度，小球不会触碰到圆盘 （2026·四川宜宾·一模）如图所示，半径为的圆形餐桌桌面水平，中部有一半径为的圆盘，其圆心与餐桌圆心重合可绕其中心轴转动。一个质量为的小物块（可看作质点）放置在圆盘的边缘，圆盘转速由零开始缓慢增加，小物块最终从餐桌上滑落。已知小物块与圆盘间的动摩擦因数为，小物块与餐桌间的动摩擦因数为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为，圆盘厚度及圆盘与餐桌间的间隙不计。则（　　）例11 A．小物块在餐桌上做匀速直线运动 B．小物块在圆盘上的加速度一定大于 C．小物块在圆盘上随圆盘运动，角速度可能为 D．小物块在餐桌上滑动过程中摩擦生热为 （2025·湖南·模拟预测）如图所示的圆锥筒开口向上，为圆锥筒的顶点，O点为底面圆的圆心，圆锥筒的母线与水平面的夹角为。一可视为质点、质量为kg的物体放在圆锥筒内壁，给物体一沿内壁向下的初速度，物体刚好匀速下滑。将物体放在距离点m处，现让圆锥筒绕中心轴线以角速度ω匀速转动，物体随圆锥筒做圆周运动且始终相对圆锥筒静止。假设物体与圆锥筒间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g取10m/s2，，则下列说法正确的是（　　）变11-1 A．物体与圆锥筒间的动摩擦因数为0.5 B．当rad/s时，物体只受重力和支持力的作用 C．当rad/s时，物体所受的摩擦力大小为3N D．当rad/s时，物体恰好不沿圆锥筒内壁上滑 （多选）（2025·江苏扬州·模拟预测）如图所示，在水平圆盘上沿半径方向放置用细线相连的质量均为m的A、B两个物块（可视为质点）， A和B距轴心O的距离分别为rA=R，rB=2R，且A、B与转盘之间的最大静摩擦力都是fm，两物块随着圆盘转动始终与圆盘保持相对静止。则圆盘转动的角速度从0逐渐缓慢增大的过程中，下列说法正确的是（　　）变11-2 A．B所受合外力大于A所受合外力 B．A受到的摩擦力一直指向圆心 C．B受到的摩擦力一直指向圆心 D．A、B两物块与圆盘保持相对静止的最大角速度为 总结提升 1．运动特点 (1)运动轨迹是水平面内的圆． (2)合外力沿水平方向指向圆心，提供向心力，竖直方向合力为零，物体在水平面内做匀速圆周运动． 2．过程分析 重视过程分析，在水平面内做圆周运动的物体，当转速变化时，物体的受力可能发生变化，转速继续变化，会出现绳子张紧、绳子突然断裂、静摩擦力随转速增大而逐渐达到最大值、弹簧弹力大小方向发生变化等，从而出现临界问题． 3．方法突破 (1)水平转盘上的物体恰好不发生相对滑动的临界条件是物体与盘间恰好达到最大静摩擦力． (2)物体间恰好分离的临界条件是物体间的弹力恰好为零． (3)绳的拉力出现临界条件的情形有：绳恰好拉直意味着绳上无弹力；绳上拉力恰好为最大承受力等． 4．解决方法 当确定了物体运动的临界状态和临界条件后，要分别针对不同的运动过程或现象，选择相对应的物理规律，然后再列方程求解． 考向四：斜面上的圆周运动 （2026·山东泰安·一模）如图所示，在倾角为的光滑斜面上，长为的轻质细绳一端拴接一可视为质点的小球，另一端固定于斜面上的点。小球在最低点A处获得一瞬时冲量，恰好能在斜面上做完整的圆周运动。在同一水平高度，连线与连线垂直，重力加速度为，则小球运动到C处时加速度大小为（　　）例12 A． B． C． D． （2025·山东临沂·三模）游乐场里有一个半径为5m的倾斜匀质圆盘，盘面与水平面的夹角为30°，圆盘可绕过圆盘圆心O且垂直于盘面的固定对称轴以1rad/s的角速度匀速转动，如图所示。一个小孩（可视为质点）坐在盘面上距O点距离r处，小孩与盘面间的动摩擦因数为，已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10m/s²。要保证小孩与圆盘始终保持相对静止，则距离r的可能取值范围为（　　）变12-1 A．0<r≤2.5m B．1m≤r≤3.5m C．2.5m≤r≤4m D．2.5m≤r≤5m （多选）如图所示，倾斜圆盘圆心处固定有与盘面垂直的细轴，盘面上沿同一直径放有质量均为m的A、B两物块（可视为质点），两物块分别用两根平行圆盘的不可伸长的轻绳与轴相连，A、B两物块与轴的距离分别为2d和d，两物块与盘面的动摩擦因数相同，盘面与水平面夹角为。当圆盘以角速度匀速转动时，物块A、B始终与圆盘保持相对静止，且当物块A转到最高点时，A所受绳子拉力刚好减小到零而B所受摩擦力刚好增大到最大静摩擦力。已知重力加速度为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。则下列说法正确的是（　　）变12-2 A． B． C．运动过程中绳子对A拉力的最大值为 D．运动过程中B所受摩擦力最小值为 总结提升 1．倾斜转盘上的物体 最高点mgsin θ±Ff＝mω2r 最低点Ff－mgsin θ＝mω2r 临界条件：恰好通过最低点 【直击真题】 1.（2025·河北·高考真题）某同学在傍晚用内嵌多个彩灯的塑料绳跳绳，照片录了彩灯在曝光时间内的运动轨迹，简图如图。彩灯的运动可视为匀速圆周运动，相机本次曝光时间是，圆弧对应的圆心角约为，则该同学每分钟跳绳的圈数约为（　　） A．90 B．120 C．150 D．180 2.（2025·重庆·高考真题）“魔幻”重庆的立体交通层叠交错，小明选取其中两条线探究车辆的运动。如图所示，轻轨列车与汽车以速度分别从M和N向左同时出发，列车做匀速直线运动，汽车在长为s的NO段做匀减速直线运动并以速度进入半经为R的OP圆孤段做匀速圆周运动。两车均视为质点，则（　　） A．汽车到O点时，列车行驶距离为s B．汽车到O点时，列车行驶距离为 C．汽车在OP段向心加速度大小为 D．汽车在OP段向心加速度大小为 3.（2025·安徽·高考真题）在竖直平面内，质点M绕定点O沿逆时针方向做匀速圆周运动，质点N沿竖直方向做直线运动，M、N在运动过程中始终处于同一高度。时，M、N与O点位于同一直线上，如图所示。此后在M运动一周的过程中，N运动的速度v随时间t变化的图像可能是（　　） A． B． C． D． 4.（2025·江西·高考真题）为避免火车在水平面上过弯时因内外轨道半径不同致使轮子打滑造成危险（不考虑离心问题），把固定连接为一体的两轮设计成锥顶角很小的圆台形，如图所示。设铁轨间距为L，正常直线行驶时两轮与铁轨接触处的直径均为D，过弯时内外轨间中点位置到轨道圆心的距离为过弯半径R。在很小时，。若在水平轨道过弯时要求轮子不打滑且横向偏移量不超过，则最小过弯半径R为（　　） A． B． C． D． 二、天体运动 【知识梳理】 （一）开普勒定律 定律 内容 图示或公式 开普勒第一定律(轨道定律) 所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上 开普勒第二定律(面积定律) 对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等 开普勒第三定律(周期定律) 所有行星轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比都相等 ＝k，k是一个与行星无关的常量 （二）万有引力定律 1．内容 自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的方向在它们的连线上，引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积成正比、与它们之间距离r的二次方成反比． 2．表达式 F＝G，G为引力常量，通常取G＝6.67×10－11 N·m2/kg2，由英国物理学家卡文迪许测定． 3．适用条件 (1)公式适用于质点间的相互作用，当两个物体间的距离远大于物体本身的大小时，物体可视为质点． (2)质量分布均匀的球体可视为质点，r是两球心间的距离． （三）人造卫星参数 1．天体(卫星)运行问题分析 将天体或卫星的运动看成匀速圆周运动，其所需向心力由万有引力提供． 2．物理量随轨道半径变化的规律 G＝ 即r越大，v、ω、a越小，T越大．(越高越慢) 3．人造卫星 卫星运行的轨道平面一定通过地心，一般分为赤道轨道、极地轨道和其他轨道，同步卫星的轨道是赤道轨道． (1)极地卫星运行时每圈都经过南北两极，由于地球自转，极地卫星可以实现全球覆盖． (2)同步卫星 ①轨道平面与赤道平面共面，且与地球自转的方向相同． ②周期与地球自转周期相等，T＝24 h. ③高度固定不变，h＝3.6×107 m. ④运行速率均为v＝3.1 km/s. (3)近地卫星：轨道在地球表面附近的卫星，其轨道半径r＝R(地球半径)，运行速度等于第一宇宙速度v＝7.9 km/s(人造地球卫星的最大圆轨道运行速度)，T＝85 min(人造地球卫星的最小周期)． 注意：近地卫星可能为极地卫星，也可能为赤道卫星． （四）宇宙速度 第一宇宙速度(环绕速度) v1＝7.9 km/s，是物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的最大环绕速度，也是人造地球卫星的最小发射速度 第二宇宙速度(逃逸速度) v2＝11.2 km/s，是物体挣脱地球引力束缚的最小发射速度 第三宇宙速度 v3＝16.7 km/s，是物体挣脱太阳引力束缚的最小发射速度 （五）卫星的发射和变轨 在地面 附近静止 忽略自转：G＝mg，故GM＝gR2(黄金代换式) 考虑自转 两极：G＝mg 赤道：G＝mg0＋mω2R 卫星的 发射 第一宇宙速度：v＝＝＝7.9 km/s (天体) 卫星在 圆轨道 上运行 G＝Fn＝ 越高越慢，只有T与r变化一致 变轨 (1)由低轨变高轨，瞬时点火加速，稳定在高轨道上时速度较小、动能较小、机械能较大；由高轨变低轨，反之 (2)卫星经过两个轨道的相切点，加速度相等，外轨道的速度大于内轨道的速度 (3)根据开普勒第三定律，半径(或半长轴)越大，周期越长 【必备能力】 （一）应用万有引力定律 1．万有引力与重力的关系 地球对物体的万有引力F表现为两个效果：一是重力mg，二是提供物体随地球自转的向心力F向，如图所示． (1)在赤道上：G＝mg1＋mω2R. (2)在两极上：G＝mg0. (3)在一般位置：万有引力G等于重力mg与向心力F向的矢量和． 越靠近两极，向心力越小，g值越大．由于物体随地球自转所需的向心力较小，常认为万有引力近似等于重力，即＝mg. 2．星体表面及上空的重力加速度(以地球为例) (1)地球表面附近的重力加速度g(不考虑地球自转)：mg＝G，得g＝. (2)地球上空的重力加速度g′ 地球上空距离地球中心r＝R＋h处的重力加速度为g′，mg′＝，得g′＝.所以＝. 3.天体质量和密度的计算 (1)利用天体表面重力加速度 已知天体表面的重力加速度g和天体半径R. ①由G＝mg，得天体质量M＝. ②天体密度ρ＝＝＝. (2)利用运行天体(以已知周期为例) 测出卫星绕中心天体做匀速圆周运动的半径r和周期T. ①由G＝mr，得M＝. ②若已知天体的半径R，则天体的密度ρ＝＝＝. ③若卫星绕天体表面运行，可认为轨道半径r等于天体半径R，则天体密度ρ＝，故只要测出卫星环绕天体表面运动的周期T，就可估算出中心天体的密度． 4．第一宇宙速度的推导 方法一：由G＝m，得v1＝＝ m/s≈7.9×103 m/s. 方法二：由mg＝m得 v1＝＝ m/s≈7.9×103 m/s. 第一宇宙速度是发射人造卫星的最小速度，也是人造卫星的最大环绕速度，此时它的运行周期最短，Tmin＝2π＝2π s≈5 075 s≈85 min. （二）比较同步卫星、近地卫星和赤道上物体 如图所示，a为近地卫星，轨道半径为r1；b为地球同步卫星，轨道半径为r2；c为赤道上随地球自转的物体，轨道半径为r3. 比较项目 近地卫星 (r1、ω1、v1、a1) 同步卫星 (r2、ω2、v2、a2) 赤道上随地球自转的物体 (r3、ω3、v3、a3) 向心力 万有引力 万有引力 万有引力的一个分力 轨道半径 r2>r1＝r3 角速度 ω1>ω2＝ω3 线速度 v1>v2>v3 向心加速度 a1>a2>a3 【考向预测】 考向一：开普勒定律 （2022·辽宁沈阳·模拟预测）十八世纪，人们已经知道太阳系有七颗行星，但是第七颗行星天王星的运动轨道有些“古怪”：它的轨道与根据万有引力定律计算出来的轨道存在一些偏差，这个偏差产生的原因是（　　）例17 A．天文观测数据不准确 B．万有引力定律的准确性有问题 C．离天王星较近的土星对天王星的影响 D．天王星轨道外面还有一颗未发现的行星 （2024·湖南长沙·模拟预测）人类发现并记录的首颗周期彗星——哈雷彗星在2023年12月初抵达远日点后开始掉头，踏上归途。哈雷彗星是人一生中唯一可能裸眼看见两次的短周期彗星，因英国物理学家爱德蒙·哈雷首先测定其轨道数据并成功预言回归时间而得名。已知哈雷彗星大约每76年环绕太阳一周，如图所示为地球、哈雷彗星绕太阳运动的示意图，哈雷彗星轨道是一个很扁的椭圆，在近日点与太阳中心的距离为，在远日点与太阳中心的距离为，若地球的公转轨道可视为半径为R的圆轨道，则下列说法正确的是（　　）变13-1 A．在近日点与远日点的速度大小之比为 B．在近日点与远日点的加速度大小之比为 C．哈雷彗星大约将在2071年左右再次离太阳最近 D．哈雷彗星的轨道参数与地球轨道参数间满足 总结提升 1．行星绕太阳运动的轨道通常按圆轨道处理． 2.由开普勒第二定律可得Δl1r1＝Δl2r2，v1·Δt·r1＝v2·Δt·r2，解得＝，即行星在两个位置的速度之比与到太阳的距离成反比，近日点速度最大，远日点速度最小． 3．开普勒第三定律＝k中，k值只与中心天体的质量有关，不同的中心天体k值不同，且该定律只能用在同一中心天体的两星体之间． 考向二：万有引力定律的应用 （2026·陕西渭南·一模）木星的卫星中有四颗是伽利略发现的，称为伽利略卫星，某同学收集到了木星和其中一颗卫星木卫二的一些数据，引力常量。木卫二的数据：质量为，绕木星做匀速圆周运动的轨道半径为木星的数据：质量为，半径为，自转周期为。根据收集的数据他可以计算出（　　）例14 A．木卫二绕木星运动的速度 B．木卫二的密度 C．木星绕太阳运动的周期 D．木卫二表面的重力加速度 （25-26高三上·重庆九龙坡·期中）两颗行星和的卫星绕各自行星做匀速圆周运动。如图为卫星的角速度与轨道半径的关系图，图中两直线纵截距的差值，已知行星的半径是的3倍，忽略行星自转和其他星球影响，结合图像数据，下列说法正确的是（　　）变14-1 A．行星A与B的质量之比为1：9 B．行星A与B表面的重力加速度之比为9：1 C．行星A与B的平均密度之比为1：3 D．行星B的第一宇宙速度是A的3倍 （25-26高三上·河北保定·月考）人眼看到物体的大小取决物体在人眼视网膜上成像的大小，人眼对物体成像的大小取决于物体相对于人眼的张角θ，称为视场角，如图甲所示，同样的物体，离人越远，视场角越小，视网膜上成像就越小，观察到物体越小，太阳比月球大的多，但太阳距地球更远，所以在地球上观察到太阳和月球大小近似相等，如图乙所示。已知太阳的半径为月球半径的a倍，地球绕太阳转一圈的时间为一年，月球绕地球转一圈的时间为一个月。则太阳的质量与地球质量的比值约为（　　）变14-2 A． B． C． D． 考向三：卫星参数对比 （2025·广东惠州·模拟预测）“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（　　）例15 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 （2025·广东深圳·一模）如图所示，a为静止在赤道上的物体，b为沿地球表面附近做匀速圆周运动的人造卫星，c为地球同步卫星。以地心为参考系，关于它们的向心加速度，线速度，下列描述正确的是（　　）变15-1 A． B． C． D． 考向四：卫星的追及相遇问题 （多选）（2025·贵州·模拟预测）北京时间2021年9月中旬至10月下旬出现了“火星合日”现象，即当火星和地球分别位于太阳两侧与太阳共线干扰无线电时，影响通信的天文现象，因此中国首辆火星车“祝融号”发生短暂失联。已知地球与火星绕太阳做匀速圆周运动的方向相同。火星的公转周期为，地球公转周期为，“祝融号”在火星赤道表面做匀速圆周运动的周期为，“祝融号”的质量为，火星的半径为，万有引力常量为，则下列说法正确的是（　　）例16 A．火星的第一宇宙速度大小为 B．太阳的质量为 C．火星的公转周期为大于地球公转周期 D．相邻两次“火星合日”的时间间隔为 （2025·云南昆明·模拟预测）神舟二十号载人飞船原定于2025年11月5日返回，由于疑似遭碎片撞击，推迟其返回计划。现有碎片A、飞船B绕地球在同一面内沿逆时针方向做匀速圆周运动，半径，转动周期分别为、。如图，某时刻碎片A、飞船B与地心连线的夹角为，经过一段时间，飞船B与碎片A第一次相距最近，则这段时间内，飞船B转过的圆心角为（　　）变16-1 A． B． C． D． 考向五：卫星变轨 （2026·四川广安·一模）2025年11月25日神舟二十二号飞船满载货物在无人状态下成功发射。如图，飞船先在近地圆轨道Ⅰ上做圆周运动，在处点火变轨后进入椭圆轨道Ⅱ，在处再次点火后，恰好变轨进入圆轨道Ⅲ。则（　　）例17 A．飞船在轨道上的周期大于在轨道上的周期 B．飞船在轨道上的速率大于在轨道Ⅲ上的速率 C．飞船在轨道上从到的速率越来越大 D．飞船在轨道I上的机械能等于在轨道Ⅲ上的机械能 （2026·广东惠州·二模）图为我国二十一号同步卫星变轨过程模型简图。先用火箭将卫星送入近地圆轨道I，当卫星运行至点时，卫星自带的发动机点火推进，使卫星进入椭圆轨道，其远地点刚好与同步轨道相切于点，当卫星运行至点时再次点火推进，将卫星送入同步轨道III．已知近地圆轨道半径约为地球半径，同步轨道距地面高度约为，地球自转周期为，则以下说法中正确的是（　　）变17-1 A．卫星在轨道I上点减速后进入椭圆轨道II B．卫星沿轨道II从点到点过程中机械能越来越大 C．卫星在椭圆轨道II上运行的周期约为 D．卫星在轨道I上的运行的线速度大小约为 考向六：双星系统 （多选）（2025·湖南·一模）宇宙中，两颗靠得比较近的星体，只受到彼此之间的万有引力作用互相绕转，称之为双星系统。如图所示，两颗星球组成的双星，在相互之间的万有引力作用下，绕连线上的O点做匀速圆周运动。现测得两颗星之间的距离为L，且，，万有引力常量为G。则（　　）例18 A．星球A、B做圆周运动的线速度之比为1:3 B．星球A、B做圆周运动的角速度之比为3:1 C．星球B做圆周运动的周期为 D．若质量较大的A星球会“吸食”质量较小的B星球的表面物质，从而实现质量转移。则在“吸食”的最初阶段，A、B运动的周期变大 （多选）（2025·江西景德镇·模拟预测）如图所示，宇宙中有一个由P和Q两颗恒星构成的双星系统，它们在彼此间万有引力下以周期绕O点逆时针旋转，轨道半径分别是和（），P有一颗卫星M，以轨道半径绕P顺时针以周期做匀速圆周运动，已知，卫星M对恒星P、Q的运动没有影响，且忽略恒星Q对卫星M的影响，万有引力常量为G，下列说法正确的是（　　）变18-1 A．由已知条件可以求出Q的质量 B．恒星P、Q之间的万有引力为 C．若Q也有一颗质量很小的周期也为的卫星，则其轨道半径一定小于M的轨道半径 D．P、Q、M由图示位置到再次共线所需时间为 【直击真题】 1.（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 2.（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 3.（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。为探测某自转周期为的小行星，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，接下来变轨到小行星表面附近绕其做匀速圆周运动，测得周期为。已知引力常量为G，不考虑其他天体对卫星的引力，可根据以上物理量得到。下列选项正确的是（　　） A．a为为为 B．a为为为 C．a为为为 D．a为为为 4.（2024·辽宁·高考真题）如图（a），将一弹簧振子竖直悬挂，以小球的平衡位置为坐标原点O，竖直向上为正方向建立x轴。若将小球从弹簧原长处由静止释放，其在地球与某球状天体表面做简谐运动的图像如（b）所示（不考虑自转影响），设地球、该天体的平均密度分别为和，地球半径是该天体半径的n倍。的值为（　　） A． B． C． D． 5.（2022·福建·高考真题）2021年美国“星链”卫星曾近距离接近我国运行在距地近圆轨道上的天宫空间站。为避免发生危险，天宫空间站实施了发动机点火变轨的紧急避碰措施。已知质量为m的物体从距地心r处运动到无穷远处克服地球引力所做的功为，式中M为地球质量，G为引力常量；现将空间站的质量记为，变轨前后稳定运行的轨道半径分别记为、，如图所示。空间站紧急避碰过程发动机做的功至少为（　　） A． B． C． D． 6.（2024·江西·高考真题）雪地转椅是一种游乐项目，其中心传动装置带动转椅在雪地上滑动。如图（a）、（b）所示，传动装置有一高度可调的水平圆盘，可绕通过中心O点的竖直轴匀速转动。圆盘边缘A处固定连接一轻绳，轻绳另一端B连接转椅（视为质点）。转椅运动稳定后，其角速度与圆盘角速度相等。转椅与雪地之间的动摩擦因数为，重力加速度为g，不计空气阻力。 （1）在图（a）中，若圆盘在水平雪地上以角速度匀速转动，转椅运动稳定后在水平雪地上绕O点做半径为的匀速圆周运动。求与之间夹角的正切值。 （2）将圆盘升高，如图（b）所示。圆盘匀速转动，转椅运动稳定后在水平雪地上绕点做半径为的匀速圆周运动，绳子与竖直方向的夹角为，绳子在水平雪地上的投影与的夹角为。求此时圆盘的角速度。 04 自我提升 1.（2025·山东·高考真题）某同学用不可伸长的细线系一个质量为的发光小球，让小球在竖直面内绕一固定点做半径为的圆周运动。在小球经过最低点附近时拍摄了一张照片，曝光时间为。由于小球运动，在照片上留下了一条长度约为半径的圆弧形径迹。根据以上数据估算小球在最低点时细线的拉力大小为（　　） A． B． C． D． 2.（2024·广东·高考真题）如图所示，在细绳的拉动下，半径为r的卷轴可绕其固定的中心点O在水平面内转动。卷轴上沿半径方向固定着长度为l的细管，管底在O点。细管内有一根原长为、劲度系数为k的轻质弹簧，弹簧底端固定在管底，顶端连接质量为m、可视为质点的插销。当以速度v匀速拉动细绳时，插销做匀速圆周运动。若v过大，插销会卡进固定的端盖。使卷轴转动停止。忽略摩擦力，弹簧在弹性限度内。要使卷轴转动不停止，v的最大值为（　　） A． B． C． D． 3.（2025·浙江·一模）如图所示，离地高度H=2m的O1处固定匀速转动的一电机，电机通过一根长度L=1m的不可伸长的轻绳使小球在水平面内做以O2为圆心的匀速圆周运动，此时。某时刻，绳子和小球的连接处突然断开，小球最终落在O3所在的水平地面上。O1O2O3的连线垂直地面，不计空气对小球运动的影响，小球可视为质点且落地后即静止。则（    ） A．小球下落的时间为 B．小球的落点到O3的距离为1.2m C．若增大H，落点到O3的距离先增大后减小 D．若增大L，落点到O3的距离先增大后减小 4.（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，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 0.39 0.72 1.0 1.5 5.2 9.5 19 30 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 5.（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． 6.（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 7.（2025·河北·模拟预测）如图所示，、两个可视为质点的小球由两段不可伸长的细线连接，一同学用手握住细线上端，初始时刻两个球均静止，该同学通过晃动细线让两个小球动起来，系统稳定时两个小球均在水平面内做匀速圆周运动，细线与竖直方向成角。已知两段细线长度均为，、两小球的质量分别为、，两个小球做匀速圆周运动的角速度，重力加速度为，晃动细线过程中点高度没有发生变化，不计空气阻力，。他在晃动细线的过程中做功为（　　） A． B． C． D． 8.（2024·全国·模拟预测）如图所示，小物块A、B、C与水平转台相对静止，B、C间通过原长为1.5r、劲度系数的轻弹簧连接，已知A、B、C的质量均为m，A与B之间的动摩擦因数为2μ，B、C与转台间的动摩擦因数均为μ，A和B、C离转台中心的距离分别为r、1.5r，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，以下说法正确的是（　　） A．逐渐增大转台角速度，B先相对于转台滑动 B．当B与转台间摩擦力为零时，C受到的摩擦力方向沿半径背离转台中心 C．当B与转台间摩擦力为零时，A受到的摩擦力为 D．当A、B及C均相对转台静止时，允许的最大角速度为 9.（多选）（2025·陕西商洛·二模）如图所示，光滑水平面上固定一光滑竖直硬杆，一原长L=1m、劲度系数k=20N/m的轻质弹簧套在杆上，弹簧下端固定在水平面上。质量均为m=0.5kg的小球a、b，固定在长L=1m的轻质细杆的两端，其中有小孔的a球套在杆上，b球放置在水平面上。给小球b以不同的角速度ω，使其绕竖直杆做匀速圆周运动。重力加速度g取10m/s2，则下列说法正确的是（　　） A．弹簧的弹力随角速度ω的增大而增大 B．轻质细杆的弹力与ω2成正比 C．当ω=5rad/s时，弹簧的弹力大小为10N D．当ω分别为和时，a、b小球及弹簧构成的系统机械能之差大于3J 10.（2025·四川达州·模拟预测）如图甲所示，水平地面上固定着一个内壁光滑的容器，其内表面为旋转抛物面。一个小球贴着内壁在水平面内做匀速圆周运动。现以容器底部中心最低点为坐标原点建立坐标系，该容器内部曲面过点的竖直截面为图线，如图乙所示。小球位于图线上纵坐标为的位置，已知重力加速度为，则下列说法正确的是（   ） A．小球的加速度大小为 B．小球绕一圈，容器对小球的支持力的冲量为0 C．小球的速率为 D．若该小球以更小的速率做水平面内圆周运动，则它的纵坐标仍可以为 11.（2026·云南昭通·一模）如图所示，某理想化平面四星系统由四颗质量相等的星体组成，四颗星体对称分布在正方形的四个顶点上，绕正方形外接圆圆心做角速度相等的匀速圆周运动，系统稳定且无相对运动，忽略其他天体的引力作用。已知星体质量均为，正方形边长为，引力常量为。下列关于各星体做匀速圆周运动的物理量表述正确的是（　　） A．轨道半径为 B．向心力大小为 C．线速度大小为 D．周期为 13.（2025·湖南·模拟预测）如图1所示，某人造卫星绕地球运动，所受地球引力大小随时间变化的规律如图2所示，图2中的t为已知量。已知地球的半径为R，近地点离地面的高度也为R，引力常量为G，假设卫星只受地球引力，下列说法正确的是（　　） A．卫星在近地点与远地点的速度大小之比为3∶1 B．卫星在近地点与远地点的加速度大小之比为3∶1 C．地球的质量为 D．地球表面的重力加速度大小为 14.（2025·湖北·二模）北斗卫星导航系统是我国自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。如图，Ⅰ为地球近地卫星，Ⅱ为北斗卫星导航系统中的一颗静止轨道卫星，其对地张角为。已知地球自转周期为，万有引力常量为G。下列说法正确的是（　　） A．地球的平均密度为 B．卫星Ⅰ和卫星Ⅱ的加速度之比为 C．卫星Ⅰ的周期为 D．卫星Ⅱ的发射速度大于11.2 km/s 15.（2025·江苏·模拟预测）如图甲，“星下点”是指卫星和地心连线与地球表面的交点，图乙是航天控制中心大屏幕上显示某气象卫星的“星下点”在一段时间内的轨迹。地球可视为球体，地球匀速自转，则（　　） A．该气象卫星绕地球运动的轨道是椭圆 B．地球自转周期是该气象卫星绕地球运动周期的3倍 C．该气象卫星线速度介于第一、第二宇宙速度之间 D．该气象卫星受地球的引力一定大于地球同步卫星受地球的引力 16.（2025·河北石家庄·模拟预测）1772年，法籍意大利数学家拉格朗日在论文《三体问题》中指出：两个质量相差悬殊的天体（如地球和月亮）所在同一平面上有5个特殊点，如图中的、、、、所示，人们称为拉格朗日点。若飞行器位于这些点上，会在地球与月球共同引力作用下，可以几乎不消耗燃料而保持与地球同步做圆周运动。若发射一颗卫星定位于拉格朗日点，跟地、月两个大天体保持相对静止。设地球质量是月球的倍，地月间距为，拉格朗日点与月球间距离为，忽略卫星对月球的引力。下列说法正确的是（　　） A．该卫星绕地球运动周期大于月球公转周期 B．该卫星在点处于平衡状态 C．该卫星与月球绕地球运动的线速度之比为 D．、、的关系式为 17.（2023·福建·高考真题）一种离心测速器的简化工作原理如图所示。细杆的一端固定在竖直转轴上的O点，并可随轴一起转动。杆上套有一轻质弹簧，弹簧一端固定于O点，另一端与套在杆上的圆环相连。当测速器稳定工作时，圆环将相对细杆静止，通过圆环的位置可以确定细杆匀速转动的角速度。已知细杆长度，杆与竖直转轴的夹角a始终为，弹簧原长，弹簧劲度系数，圆环质量；弹簧始终在弹性限度内，重力加速度大小取，摩擦力可忽略不计 （1）若细杆和圆环处于静止状态，求圆环到O点的距离； （2）求弹簧处于原长时，细杆匀速转动的角速度大小； （3）求圆环处于细杆末端P时，细杆匀速转动的角速度大小。 18.（2024·全国·一模）一离心调速装置如图所示，四根轻杆a、b、c、d与两小球M、N以及圆环P通过铰链连接，轻杆长均为L，M、N、P的质量均为m，轻杆a、b上端通过铰链固定在竖直转轴上的O点，套在转轴上的轻质弹簧连接在O点与圆环P之间，弹簧原长为。装置静止时，轻杆与竖直方向的夹角均为37°，绕转轴转动该装置并缓慢增大转速，圆环缓慢上升，使轻杆与竖直方向的夹角均变为53°，弹簧始终在弹性限度内，忽略一切摩擦和空气阻力，重力加速度为g，，求： （1）装置静止时，轻杆a对小球M弹力的大小； （2）弹簧的劲度系数； （3）轻杆与竖直方向夹角为时该装置转动角速度的大小。 1 学科网（北京）股份有限公司 $