万有引力与航天是高考热点和重点之一，2013高考对万有引力与航天考查重点主要有：
一、开普勒行星运动定律
开普勒第一定律，也称椭圆定律；也称轨道定律：每一个行星都沿各自的椭圆轨道环绕太阳，而太阳则处在椭圆的一个焦点中；
普勒第二定律，也称面积定律：在相等时间内，太阳和运动中的行星的连线（向量半径）所扫过的面积都是相等的。
开普勒第三定律，也称周期定律：是指绕以太阳为焦点的椭圆轨道运行的所有行星，其椭圆轨道半长轴的立方与周期的平方之比是一个常量。
例1(2013高考江苏物理第1题)火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行，根据开普勒行星运动定律可知( )
A．太阳位于木星运行轨道的中心
B．火星和木星绕太阳运行速度的大小始终相等
C．火星与木星公转周期之比的平方等于它们轨道半长轴之比的立方
D．相同时间内，火星与太阳连线扫过的面积等于木星与太阳连线扫过的面积
答案：C
解析：太阳位于木星运行椭圆轨道的一个焦点上，选项A错误。由于火星和木星沿各自的椭圆轨道绕太阳运行，火星和木星绕太阳运行速度的大小变化，选项B错误。根据开普勒行星运动定律可知，火星与木星公转周期之比的平方等于它们轨道半长轴之比的立方，选项C正确。相同时间内，火星与太阳连线扫过的面积不等于木星与太阳连线扫过的面积，选项D错误。
例2（2013高考上海物理卷）若两颗人造地球卫星的周期之比为T1∶T2＝2∶1，则它们的轨道半径之比R1∶R2＝ ，向心加速度之比a1∶a2＝ 。
答案：∶1 1∶2
解析：由开普勒定律，R1∶R2＝∶＝∶1.由牛顿第二定律，G=ma，向心加速度之比a1∶a2＝R22∶R12＝1∶2。
二、万有引力定律
宇宙间的一切物体都是相互吸引的，引力的大小跟它们的质量的乘积成正比，跟它们之间距离的二次方成反比。万有引力适用于可以看作质点的物体之间的相互作用，质量分布均匀的球体可以视为质量集中于球心的质点。万有引力定律是自然界普适定律之一。
例1（2013新课标Ⅱ理综）目前，在地球周围有许多人造地球卫星绕它运转，其中一些卫星的轨道可近似为圆，且轨道半径逐渐变小。若卫星在轨道半径变小的过程中，只受到地球引力和稀薄气体阻力的作用，则下列判断正确的是（ ）
A．卫星的动能逐渐减小
B．由于地球引力做正功，引力势能一定减小
C．由于气体阻力做负功，地球引力做正功，机械能保持不变
D．卫星克服气体阻力做的功小于引力势能的减小
答案：B、D
解析：卫星在轨道半径逐渐变小的过程中，做近心运动，万有引力做正功，引力势能减小。由于稀薄气体的阻力做负功，故卫星的机械能减小，又稀薄气体的阻力较小，故卫星克服气体阻力做的功小于万有引力做的功，即小于引力势能的减小，由动能定理可知合外力做正功，卫星的动能增加，本题选B、D。
例2（2013浙江理综）如图所示，三颗质量均为m的地球同步卫星等间隔分布在半径为r的圆轨道上，设地球质量为M，半径为R。下列说法正确的是（ ）
A．地球对一颗卫星的引力大小为
B．一颗卫星对地球的引力大小为
C．两颗卫星之间的引力大小为
D．三颗卫星对地球引力的合力大小为
答案：B、C
解析：地球对一颗卫星的引力大小为，根据牛顿第三定律一颗卫星对地球的引力大小为也，根据几何关系可以求得两颗卫星之间的距离为，因此两颗卫星之间的引力大小为 ；三颗卫星对地球引力的合力为0。
例3（2013高考浙江理综）如图所示，三颗质量均为m的地球同步卫星等间隔分布在半径为r的圆轨道上，设地球质量为M，半径为R。下列说法正确的是（ ）
A．地球对一颗卫星的引力大小为
B．一颗卫星对地球的引力大小为
C．两颗卫星之间的引力大小为
D．三颗卫星对地球引力的合力大小为
答案：B、C
解析：由万有引力定律，地球对一颗卫星的引力大小为，一颗卫星对地球的引力大小为，选项A错误B正确。由2rcos30°=L可得两颗卫星之间的距离为L=r，由万有引力定律，两颗卫星之间的引力大小为，选项C正确。三颗卫星对地球引力的合力大小为零，选项D错误。
三、卫星
卫星绕地球的运动，万有引力提供向心力。卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道平面一定过地心，轨道半径等于卫星与地心的距离。地球同步卫星的轨道一定与赤道共面，其周期等于地球自转周期。卫星问题是高考热点，解决卫星问题的方法是，根据题述条件及物理情景，应用相关规律列出相应方程联立解得。
例1（2013高考天津理综卷）“嫦娥一号”和“嫦娥二号”卫星相继完成了对月球的环月飞行，标志着我国探月工程的第一阶段己经完成。设“嫦娥二号”卫星环绕月球的运动为匀速圆周运动，它距月球表面的高度为h，己知月球的质量为M、半径为R，引力常量为G，则卫星绕月球运动的向心加速度a＝ ，线速度v= .
答案：
解析：万有引力提供卫星运动的向心力，有：G=m a，解得a=.由G=m解得v=。
例2（2013高考安徽理综卷）质量为m的人造地球卫星与地心的距离为r时，引力势能可表示为EP=-G，其中G为引力常量，M为地球质量。该卫星原来的在半径为R1的轨道上绕地球做匀速圆周运动，由于受到极稀薄空气的摩擦作用，飞行一段时间后其圆周运动的半径变为R2，此过程中因摩擦而产生的热量为（ ）
A. GMm(-) B. GMm(-)
C.GMm(-) D.GMm(-)
答案： C
解析：卫星降低轨道，减少的引力势能，△EP=-G-(-G)=GMm(-)。由G=mv2/R，可得卫星在半径为R1的轨道上绕地球做匀速圆周运动的动能Ek1=mv2= ，卫星在半径为R2的轨道上绕地球做匀速圆周运动的动能Ek2=mv2= ，动能增加△Ek=-，由功能关系△EP=△Ek+Q，联立解得：此过程中因摩擦而产生的热量为Q=GMm(-)，所以正确选项为C。
四、天体的运动
研究天体的运动，当一个天体的质量远远大于另外天体的质量时，一般认为中心天体是不动的，环绕天体以中心天体的球心为圆心做匀速圆周运动，环绕天体只受到中心天体的万有引力作用，这个引力提供环绕天体做圆周运动的向心力。
例1（2013全国高考大纲版理综）“嫦娥一号”是我国首次发射的探月卫星，它在距月球表面高度为200 km的圆形轨道上运行，运行周期为127分钟。已知引力常量G＝6.67×10–11 N?m2/kg2，月球的半径为1.74×103 km。利用以上数据估算月球的质量约为（ ）
A．8.1×1010 kg B．7.4×1013 kg C．5.4×1019 kg D．7.4×1022 kg
答案：D
解析：由G=m(R+h)()2 ，解得月球的质量M=4π2(R+h)3/GT2， 代入数据得：M=7.4×1022 kg,，选项D正确。
例2（2013高考广东理综卷）如图3，甲、乙两颗卫星以相同的轨道半径分别绕质量为M和2M的行星做匀速圆周运动，下列说法正确的是（ ）
A. 甲的向心加速度比乙的小
B. 甲的运行周期比乙的小
C. 甲的角速度比乙大
D. 甲的线速度比乙大
答案：A
解析：由万有引力提供向心力得： =ma，解得，甲的向心加速度比乙的小，选项A正确。由 解得：，甲的线速度比乙小，选项D错误。由 =解得：，甲的角速度比乙小。选项C错误。由 =mr解得：T=2π,甲的运行周期比乙的大，选项B错误。
例3（2013高考四川理综卷）太阳系外行星大多不适宜人类居住，绕恒星“Glicsc581”运行的行星“Gl-581c”却很值得我们期待。该行星的温度在0℃到40℃之间，质量是地球的6倍，直径是地球的1.5倍、公转周期为13个地球日。“Glicsc581”的质量是太阳质量的0.31倍。设该行星与地球均视为质量分布均匀的球体，绕其中心天体做匀速圆周运动，则（ ）
A．在该行星和地球上发射卫星的第一宇宙速度相同2
B．如果人到了该行星，其体重是地球上的倍
C．该行星与“Glicsc581”的距离是日地距离的倍
D．由于该行星公转速率比地球大，地球上的米尺如果被带上该行星，其长度一定会变短。
答案：B
解析：由Gm=gR2，可得该行星表面的重力加速度与地球表面的重力加速度之比为==6·=，如果人到了该行星，其体重是地球上的=倍，选项B正确。在该行星上发射卫星的第一宇宙速度v==4，是地球上发射卫星的第一宇宙速度的4倍，选项A错误。由G=mr，G=mr，可得= ·=0.31·，该行星与“Glicsc581”的距离r’是日地距离r的倍，选项C错误。该行星公转速率比地球大，地球上的米尺如果被带上该行星，在该行星上观察，其长度不变，选项D错误。
例4（2013高考福建理综卷）设太阳质量为M，某行星绕太阳公转周期为T，轨道可视为r的圆。已知万有引力常量为G，则描述该行星运动的上述物理量满足（ ）
A． B． C． D．
答案：A
解析：由G=mr()2,，可得描述该行星运动的上述物理量满足，选项A正确。
五、航天
航天飞机、宇宙飞船等在轨道上正常运行类似于卫星，可仿照卫星问题的处理方法，利用万有引力等于向心力列出相关方程解答。航天飞机、宇宙飞船等变轨时，通过同一点所受万有引力相同，其加速度相同。航天飞机、宇宙飞船等从轨道半径较小的圆轨道通过加速变轨到椭圆轨道，机械能增大；在远地点加速变轨到半径较大的圆轨道，机械能增大。航天飞机、宇宙飞船等在椭圆轨道上运行，机械能守恒；在近地点势能最小，动能最大；在远地点势能最大，动能最小。
例1（2013新课标Ⅰ理综）2012年6月18日，神舟九号飞船与天宫一号目标飞行器在离地面343km的近圆形轨道上成功进行了我国首次载人空间交会对接。对接轨道所处的空间存在极其稀薄的大气。下列说法正确的是 （ ）
A．为实现对接，两者运行速度的大小都应介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间
B．如不加干预，在运行一段时间后，天宫一号的动能可能会增加
C．如不加干预，天宫一号的轨道高度将缓慢降低
D．航天员在天宫一号中处于失重状态，说明航天员不受地球引力作用
答案：B、C
解析：为了实现对接，两者运行速度的大小都应小于第一宇宙速度，所以A错；由于对接轨道所处的空间存在极其稀薄的大气，如不加干预，天宫一号的轨道高度将缓慢降低，动能增加，所以BC正确；航天员在天宫一号中受地球引力作用, 所以D错。
六、双星系统
两个质量相差不太大、相距较近的两个天体称为双星。若忽略其他星球的影响，双星在万有引力作用下绕两者的质心（双星连线上一点）运动，运动周期相等。
例1（2013高考山东理综卷）双星系统由两颗恒星组成，两恒星在相互引力的作用下，分别围绕其连线上的某一点做周期相同的匀速圆周运动。研究发现，双星系统演化过程中，两星的总质量、距离和周期均可能发生变化。若某双星系统中两星做圆周运动的周期为T，经过一段时间演化后，两星总质量变为原来的k倍，两星之间的距离变为原来的n倍，则此时圆周运动的周期为（ ）
A．T B．T C． T D． T
答案：B
解析：设两恒星中一个恒星的质量为m，围绕其连线上的某一点做匀速圆周运动的半径为r，两星总质量为M，两星之间的距离为R，由G=mr，G=(M-m)(R-r)，联立解得：T=2π。经过一段时间演化后，两星总质量变为原来的k倍，两星之间的距离变为原来的n倍，则此时圆周运动的周期为=2π=T。选项B正确。
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