天体运动选择题考前热身练 -2026届高考物理三轮复习

**基本信息** 聚焦天体运动核心考点，以20道三模真题系统整合万有引力定律应用、轨道参数分析、变轨原理等解题方法，强化运动与相互作用观念及科学推理能力。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |核心公式应用|6题|万有引力提供向心力公式推导（v、a、T）|从基本公式到轨道参数定量关系| |轨道参数比较|5题|开普勒定律及半径-速度-周期关系|建立轨道半径与运动参量的关联| |变轨与能量|4题|离心/近心运动条件及机械能变化|结合受力分析理解变轨动力学原理| |天体质量与密度|5题|黄金代换及密度公式推导|从卫星运动数据反推天体性质|

天体运动选择题考前热身练 一、单选题 1．（2026·江西景德镇·三模）2026年中国探月工程四期实施地月转移轨道探测任务，一枚探月探测器先在近地停泊轨道1上绕地球运行，经点火后进入地月转移椭圆轨道2，再经制动进入环月圆形轨道3绕月球运行，轨道示意图如图所示（，），忽略其他天体影响，下列说法正确的是（　　） A．探测器从轨道1变轨到轨道2，需要在轨道相切处点火减速 B．探测器在轨道2上运动时，从近地端向近月端运动，速度逐渐增大 C．探测器在轨道1上的运行速度大于在轨道3上的运行速度 D．探测器在轨道2上经过近地端的加速度小于在轨道1上经过同一点的加速度 2．（2026·江西·三模）已知地球质量为，月球质量为，地月中心距离为。以地心作为坐标原点，沿地月连线建立轴，在轴上有一个探测器。由于地球和月球对探测器的引力做功与路径无关，探测器具有与其位置相关的引力势能。仅考虑地球和月球对探测器的作用，可得探测器引力势能随位置变化关系如图所示。在处引力势能最大，已知，下列选项正确的是（　　） A．地球与月球的质量之比 B．地球与月球的质量之比 C．地球与月球的质量之比 D．地球与月球的质量之比 3．（2026·安徽亳州·三模）北京时间2025年8月19日15时33分，力箭一号遥十运载火箭在东风商业航天创新试验区发射升空，将搭载的中科卫星05星等7颗卫星顺利送入各自轨道，飞行试验任务获得圆满成功。若七颗卫星均绕地球做匀速圆周运动，其中卫星的轨道半径最大，卫星的轨道半径最小。地球表面的重力加速度为，忽略地球自转。下列说法正确的是（　　） A．七颗卫星的向心加速度大小均大于 B．七颗卫星的绕行速度均大于 C．卫星绕地球运动的周期大于卫星的周期 D．卫星绕地球运动的角速度大于卫星运动的角速度 4．（2026·辽宁沈阳·三模）“星下点”是指卫星和地心连线与地球表面的交点。图甲是人造地球卫星A的运行圆轨道及某时刻星下点M的示意图。图乙为某段时间内卫星A绕地球做匀速圆周运动的星下点轨迹的经、纬度平面图，已知：卫星A绕行方向与地球自转方向相同，且轨道低于地球静止同步轨道卫星B（图中未画出）的轨道，卫星B的轨道半径为r。下列对卫星A的运动情况说法正确的是（　　） A．运行周期为16h B．轨道半径为 C．运行速度大于7.9km/s D．轨道平面与北纬60°平面重合 5．（2026·四川资阳·三模）2025年10月，我国“天问一号”环绕器利用高分辨率相机成功观测到星际天体—阿特拉斯（3I/ATLAS）。假设“天问一号”环绕器绕火星运行的轨道为椭圆，其轨道的半长轴为，运行的周期为，火星半径为，引力常量为，忽略火星自转及其他天体引力影响，下列说法正确的是（　　） A．从地球发射“天问一号”的速度一定高于 B．若从火星表面发射卫星，其发射速度至少为 C．火星的平均密度为 D．若“天问一号”在轨道上相对自身向后喷射气体，则可以降低轨道高度 6．（2026·河南安阳·三模）2025年8月在距离地球最近的恒星系统中发现了一颗气态巨行星，该巨行星位于宜居带内，可能拥有卫星，这些卫星未来可能成为搜寻生命的目标。若该巨行星的半径为R，某卫星在距该巨行星表面高度为h的圆形轨道上运行，运行周期为T，引力常量为G。则（　　） A．该巨行星的质量为 B．该巨行星的密度为 C．该巨行星表面的重力加速度为 D．从该巨行星表面发射探测器，最小发射速度为 7．（2026·山东泰安·三模）如图所示，一颗卫星绕地球顺时针飞行，运动周期为，图中实线为卫星的运行轨迹，其中AB是椭圆的长轴，CD是椭圆的短轴，O为地心，AO、OC和椭圆CA段曲线所围成的面积占整个椭圆面积的，则该卫星某一周期内从C点运动到D点和从D点运动到C点所用时间之比为（　　） A．1∶1 B．4∶1 C．5∶1 D．10∶1 8．（2026·四川德阳·三模）被业界称为“太空加油站”的“湖科大二号”卫星准确进入预定轨道，为太空中的卫星验证在轨燃料加注技术。若“湖科大二号”卫星在椭圆轨道1绕地球运行，在P点给在轨道2做匀速圆周运动的一颗人造卫星加注燃料，如图所示。下列说法正确的是（　　） A．经过P点时，两卫星的速度相同 B．经过P点时，两卫星的加速度大小相同 C．轨道2的卫星所受万有引力保持不变 D．卫星在轨道1的任何位置都具有相同动能 9．（2026·重庆沙坪坝·三模）如题图所示，有L、M、N三颗地球卫星，L还未发射，在赤道上随地球转动；M是近地卫星，轨道半径可认为等于地球半径；N是地球同步卫星。将它们的运动均视为匀速圆周运动，地球表面重力加速度为，忽略地球自转对重力加速度的影响，下列说法正确的是（　　） A．M的向心加速度等于 B．L的向心加速度大于 C．相同时间内，N转过的弧长最短 D．M在12h内转过的角度小于 10．（2026·江苏苏州·三模）我国首颗配置柔性机械臂的“驭星三号”卫星在540 km高的圆轨道上运行，成功给另一卫星加注燃料，“驭星三号”质量减小，仍在原轨道上运行。完成加注的“驭星三号”卫星（　　） A．周期变小 B．速度变小 C．向心加速度变小 D．受地球引力变小 11．（2026·江西吉安·三模）中国载人航天工程将在新起点上深化推进空间站应用与发展和载人月球探测两大任务。假设以同样大小的初速度分别在高度相同的地球和月球上水平抛出小球（视为质点），小球的水平射程之比为p∶1。已知地球的半径与月球的半径之比为q∶1，不计空气阻力，不考虑地球与月球的自转，则地球和月球的质量的比值为（　　） A． B． C． D． 12．（2026·新疆·三模）牛顿用月-地检验来验证万有引力中引力与距离的二次方成反比的正确性。当时已知地球半径，地面物体由引力产生的加速度，月球公转周期，地月距离。下面是月-地检验的重要步骤。 ①求出 ②假设月球和地面物体所受地球的引力均满足二次方反比定律 ③由假设推出月球的加速度和（为引力常量，为地球质量） ④用和计算出月球的加速度与之比为 ⑤比较①、④完成月-地检验 符合逻辑的月-地检验的顺序是（　　） A．①②③④⑤ B．②①③④⑤ C．②③①④⑤ D．①③②④⑤ 13．（2026·四川广元·三模）因为用长度单位去描述遥远星体的大小没有太大意义，所以我们通常描述天体的大小是以从地球上看到天体的角度大小来描述，即“角直径”（如图中，，为星体半径，为公转半径）。宇宙中某恒星质量是太阳质量的倍。设想地球也可以绕该恒星公转，同时将地球绕太阳和绕该恒星的运动均视为匀速圆周运动，通过计算地球绕该恒星的公转周期与地球绕太阳的公转周期之比为，且该恒星与太阳的角直径相等，则该恒星与太阳的平均密度之比为（　　） A． B． C． D． 14．（2026·陕西咸阳·三模）有一空间探测器对一球状行星进行探测，发现该行星上无生命存在，在其表面上，却覆盖着一层厚厚的冻结的二氧化碳（干冰）。有人建议利用化学方法把二氧化碳分解为碳和氧气而在行星上面产生大气，由于行星对大气的引力作用，行星的表面就存在一定的大气压强。如果一秒钟可分解得到质量为的氧气，要使行星表面附近得到的压强至少为，那么请你估算一下，至少需要多长的时间（单位为秒）才能完成，已知行星表面的温度较低，在此情况下，二氧化碳的蒸发可不计，探测器靠近行星表面运行的周期为，行星的半径为，大气层的厚度与行星的半径相比很小。下列估算表达式正确的是（　　） A． B． C． D． 15．（2026·广东中山·三模）两颗相距较远的行星A、B可看作质量分布均匀的球体，其半径分别为、，且，距各行星中心处的卫星围绕行星做匀速圆周运动的线速度的平方随的变化关系如图所示。忽略行星自转和其他星球的影响，下列说法正确的是（　　） A．两行星的质量关系为 B．两行星的密度之比 C．两行星表面的重力加速度之比 D．B行星的第一宇宙速度大于A行星的第一宇宙速度 16．（2026·安徽·三模）“古有司南，今有北斗”，如图甲所示的北斗卫星导航系统入选“2022全球十大工程成就”。组成北斗卫星导航系统的卫星运行轨道半径越大，线速度越小，卫星运行状态视为匀速圆周运动，其图像如图乙所示，图中为地球半径，为北斗星座GEO卫星的运行轨道半径，图中物理量单位均为国际单位，引力常量为，忽略地球自转，则（　　） A．北斗星座GEO卫星的加速度为 B．地球表面的重力加速度为 C．地球的质量为 D．地球的密度为 17．（2026·江西·模拟预测）我国北斗卫星导航系统（BDS）已经开始提供全球服务，具有定位、导航、授时、5 G传输等功能，A、B为北斗系统中的两颗工作卫星．如图所示，A、B两颗卫星绕地球做匀速圆周运动，O为地心，在两卫星运行过程中，A、B连线和O、A连线的夹角最大为θ，则A、B两卫星（    ） A．做圆周运动的线速度的比值为 B．做圆周运动的周期的比值为 C．与地心O的连线在相等时间内扫过的面积的比值为 D．做圆周运动的加速度的比值为sin2θ 18．（2026·湖北·二模）我国空间站在高空绕地球做圆周运动，空间站在运行过程中受到稀薄空气阻力的作用，当空间站的轨道半径从降低到（其中）时就要进行轨道维护与提升，以确保空间站能稳定运行。假设空间站质量为，空间站绕地球每一圈均视为匀速圆周运动，地球质量为，引力常量为。取无穷远处为零势能点，当空间站运行轨道半径为时，空间站与地球组成系统具有的引力势能可表示为，受到空气阻力大小为（为大于零的常数）。空间站绕地球运动圈后需要进行轨道维护与提升，则等于（    ） A． B． C． D． 19．（2026·山西·模拟预测）我国空间站在轨运行时，空间站每天（24小时）绕地球运行16圈，设空间站在轨做匀速圆周运动，则我国空间站在轨运行的线速度与地球静止轨道卫星运行的线速度之比为（　　） A． B． C． D． 20．（2026·辽宁沈阳·模拟预测）2025年中国航天事业迎来了多个里程碑式的重要事件，从载人航天的应急突破到深空探测的国际合作，都展现了硬核实力。其中科研团队通过嫦娥六号带回的月背样品，首次发现微米级赤铁矿晶体，证明月球表面存在撞击成因的氧化过程，刷新了人类对月球演化历史的认知。探测器沿地月转移轨道进入月球，在距月球表面高度的点进行第一次变轨后被月球捕获，先进入椭圆轨道I绕月飞行，如图所示，之后，探测器在点又经过两次变轨，最后在距月球表面高度的圆形轨道Ⅲ上绕月球做周期为的匀速圆周运动。已知月球的半径为，引力常量为，月球表面的重力加速度为，则下列说法中正确的是（　　） A．探测器在轨道Ⅲ上运动的速度大于月球的第一宇宙速度 B．探测器在轨道I上经过点时的加速度大于在轨道Ⅱ上经过点时的加速度 C．月球的平均密度为 D．与在轨道I上的远月点相比，探测器在轨道Ⅲ上重力势能小，动能大，机械能小 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 《天体运动选择题考前热身练》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 C C C B C D B B A D 题号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 答案 D C A B C C D A A D 1．C 【详解】A．探测器从轨道1变轨到轨道2，需要做离心运动远离地球，因此需要在相切处点火加速，增大速度，才能让万有引力不足以提供向心力，实现离心变轨，A错误； B．探测器在轨道2从近地端向近月端运动时，在到达地月引力平衡点之前，合外力指向地球，与运动方向相反，合外力做负功，速度减小；过平衡点后合外力指向月球，速度增大，因此速度是先减小后增大，B错误； C．在近地轨道1绕地球运行，由万有引力等于向心力 可得 在近月轨道3绕月球运行，同理得 已知， 因此 可得，C正确； D．加速度由万有引力决定 可得 同一位置到地心的距离相同，探测器在轨道2近地端和轨道1同一点的加速度大小相等，D错误。 故选C。 2．C 【详解】引力做的正功等于引力势能的减少量，关系满足 即引力大小等于图像斜率的负值。在处引力势能最大，图像斜率为0，说明此处探测器所受合引力为0，地球对探测器的引力与月球对探测器的引力大小相等。设探测器质量为​，探测器距离地心为，距离月心为 根据万有引力大小相等，可得 约去公共项和，整理得 故选C。 3．C 【详解】A．对于卫星，根据万有引力提供向心力，有 而对于地面上的物体，根据万有引力等于重力，有 可得，故A错； B．对于卫星，根据万有引力提供向心力，有 解得 根据万有引力提供向心力，有 可得第一宇宙速度 可得，故B错误； C．对于卫星，根据万有引力提供向心力，有 解得 因为，所以，故C正确； D．对于卫星，根据万有引力提供向心力，有 解得 因为，所以，故D错误。 故选C。 4．B 【详解】A．由图可知，地球自转一圈，卫星转动3圈，则卫星运行周期为8h，故A错误； B．根据开普勒第三定律 解得，故B正确； C．7.9km/s是地球卫星的最大环绕速度，卫星A的运行速度不可能大于7.9km/s，故C错误； D．星下点在南北纬之间运动，说明轨道平面与北纬60°平面不重合，故D错误。 故选B。 5．C 【详解】A．是第三宇宙速度，是航天器脱离太阳系的最小发射速度，“天问一号”仅前往火星，未脱离太阳系，发射速度介于之间，故A错误； B．是“天问一号”半长轴为的椭圆轨道的运行周期，不是火星近地卫星的周期，火星表面发射卫星的最小速度（第一宇宙速度）对应的周期远小于，最小发射速度大于，故B错误； C．设贴近火星表面的卫星的运行周期为，火星的质量为，由开普勒第三定律可得 根据万有引力定律可得 平均密度 联立可得，故C正确； D．向后喷射气体时，“天问一号”速度增大，万有引力不足以提供向心力，将做离心运动，轨道高度升高，故D错误。 故选C。 6．D 【详解】A．卫星绕巨行星做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，轨道半径为，由万有引力公式和向心力公式得 可得该巨行星的质量为，故A错误； B．巨行星密度 体积 联立可得该巨行星的密度为，故B错误； C．巨行星表面万有引力等于重力，即 代入得表面重力加速度，故C错误； D．巨行星表面最小发射速度为第一宇宙速度，满足 推导得 代入得，故D正确。 故选D。 7．B 【详解】AO、OC和椭圆CA段曲线所围成的面积占整个椭圆面积的，设椭圆面积为，故，该卫星某一周期内从C点运动到D点与椭圆曲线CAD段围成的面积为 从D点运动到C点与椭圆曲线DBC段围成的面积为 由开普勒第二定律可得 故选B。 8．B 【详解】A．椭圆轨道1上的卫星在P点时，万有引力大于所需向心力，要进入圆轨道2需要在P点加速，因此经过P点时轨道2卫星的速度更大，两卫星速度不同，故A错误； B．卫星的加速度由万有引力提供，根据公式 两卫星在P点到地心的距离r相同，因此加速度大小相同，故B正确； C．万有引力是矢量，轨道2卫星做匀速圆周运动时，万有引力大小不变，但方向始终指向地心，不断变化，因此万有引力是变化的，故C错误； D．根据开普勒第二定律，卫星在椭圆轨道1上运动时，近地点速度大、远地点速度小，动能不断变化，故D错误。 故选B。 9．A 【详解】A．对于近地卫星M，有 可得M的向心加速度为，故A正确； BCD．对于卫星M、N，由万有引力提供向心力得 可得，， 则有，， 由于卫星N、L的角速度相同，根据， 则有， 综上分析可知L的向心加速度小于；L的线速度最小，所以相同时间内，L转过的弧长最短；已知同步卫星N的周期为24h，由于M的角速度大于N的角速度，所以M的周期小于24h，则M在12h内转过的角度大于，故BCD错误。 故选A。 10．D 【详解】卫星绕地球做匀速圆周运动时万有引力提供向心力，满足公式 且卫星仍在原轨道运行，轨道半径为定值。 A．由公式推导得，周期与卫星质量无关，不变则周期不变，故A错误； B．由公式推导得，线速度与卫星质量无关，不变则线速度不变，故B错误； C．由公式推导得，向心加速度与卫星质量无关，不变则向心加速度不变，故C错误； D．地球对卫星的引力，卫星加注后质量减小，其余量不变，因此受到的地球引力变小，故D正确。 故选D。 11．D 【详解】竖直方向自由落体： 得运动时间 水平射程 变形得，可知重力加速度与水平射程的平方成反比。 已知 因此 不计自转时，天体表面万有引力等于重力： 变形得，可知天体质量与成正比。 已知 因此。 故选D。 12．C 【详解】月地检验的核心逻辑是“提出假设→推导理论值→实际观测计算实际值→比较验证”，步骤如下： ②假设月球和地面物体所受地球的引力均满足二次方反比定律 ③由假设推出月球的加速度和（为引力常量，为地球质量） ①求出 ④用和计算出月球的加速度与之比为 ⑤比较①、④完成月-地检验 故符合逻辑的月-地检验的顺序是②③①④⑤。 故选C。 13．A 【详解】根据 可得 平均密度为 作辅助线如图 几何关系可知 联立，解得 可得该恒星与太阳的平均密度之比为 故选A。 14．B 【详解】可近似认为大气压是由大气重力产生的，设大气的质量为，则有 设探测器的质量为m1，行星质量为M，在行星表面，万有引力定律等于重力，则有 解得 探测器围绕行星做匀速圆周运动，根据万有引力提供向心力，则有 联立解得 由题知，1秒钟可得到m的氧气，故分解出的氧气所需的时间为 故选B。 15．C 【详解】D．卫星绕行星表面做匀速圆周运动时线速度最大，即为第一宇宙速度。由图可知，两行星表面的最大值相等，即第一宇宙速度相等，，故D错误； A．根据 可得 因为 所以，故A错误； B．行星的密度 则 即 ，故B错误； C．行星表面的重力加速度 因为两行星第一宇宙速度相等，所以与成反比，则，故C正确。 故选C。 16．C 【详解】AC．根据 由图乙可知当时， 代入可得地球的质量为 对北斗星座GEO卫星根据 代入，可得GEO卫星的加速度大小，故A错误，C正确； B．根据 代入，解得，故B错误； D．地球的密度，故D错误。 故选C。 17．D 【详解】A．A、B连线与O、A连线的夹角最大时，OB与AB垂直，根据几何关系有 由万有引力提供向心力，有 解得 则做圆周运动的线速度的比值为，故A错误； B．由开普勒第三定律可得 可得，故B错误； C．t时间内，卫星与地心的连线扫过的面积 则，故C错误； D．由万有引力提供向心力，有 解得 则做圆周运动的加速度的比值为，故D正确。 故选D。 18．A 【详解】根据万有引力提供向心力 可得动能 引力势能 因此总机械能 轨道从降到，初态机械能，末态机械能 可得机械能减少量 每圈轨道周长为，阻力，因此每圈克服阻力做功 圈总克服阻力做功 机械能减少量等于克服阻力做的功，有 解得 故选A。 19．A 【详解】空间站24小时看到16次日出，说明24小时绕地球转16圈，故空间站周期；地球静止轨道卫星周期等于地球自转周期，因此。 绕地球做匀速圆周运动的卫星，万有引力提供向心力，由 得，即； 由，得，即 联立两式可得 因此线速度之比 故选A。 20．D 【详解】A．根据万有引力提供向心力 可得，可知轨道半径越大，线速度越小，月球第一宇宙速度的轨道半径为月球的半径，所以第一宇宙速度是绕月球做圆周运动最大的环绕速度，卫星在轨道Ⅲ上运动的速度小于第一宇宙速度，故A错误； B．探测器在轨道I上在P点和在轨道Ⅱ上在P点时所受的万有引力大小相等，根据牛顿第二定律，加速度相等，故B错误； C．探测器在点又经过两次变轨，最后在距月球表面高度的圆形轨道Ⅲ上绕月球做周期为的匀速圆周运动，则有 化简可得月球质量为 又有月球的体积为 则有月球的平均密度为 故C错误； D．卫星从椭圆轨道Ⅰ经过两次变轨到轨道Ⅲ上运动过程中，根据万有引力提供向心力有 且结合动能公式有 即高轨道变轨至低轨道，动能将变大，且高轨道变轨至低轨道需要减速，由于高度降低，重力势能将减小，另外根据能量守恒定律可知探测器机械能将减小，故D正确。 故选D 。 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $