一、克卜勒運動定律
克卜勒在對第谷等人的大量精密觀測數據的研究基礎上，從1609年到1619年先後提出了行星運動的三大定律。
1.克卜勒第一定律
所有的行星繞太陽運動的軌道都是橢圓，太陽處在所有橢圓的一個焦點上。行星軌道的偏心率都比較小，例如地球軌道的偏心率只有0.0167，很接近圓。
2.克卜勒第二定律
對任意一個行星來說，它與太陽的連線在相等的時間內掃過相等的面積(近日點速率最大，遠日點速率最小)。
3.克卜勒第三定律
所有行星的軌道的半長軸a的三次方跟它的公轉周期T的平方的比值為一常量。即a/T＝K＝GM/4π(M為中心天體質量)，K是一個與行星無關的常量，僅與中心天體有關。
二、萬有引力定律及其應用
1.萬有引力定律
①.定律內容
宇宙間的一切物體都是相互吸引的，兩個物體間的引力大小，跟它們質量的乘積成正比，跟它們距離的平方成反比。
②.計算公式
F＝Gm1m2/r，G為萬有引力恆量，G＝6.67×10－11N·m/kg。公式適用於質點間的相互作用，當兩個物體間的距離遠遠大於物體本身的大小時，物體可視為質點。質量分布均勻的球體可視為質點，r是兩球心間的距離。地球對物體的引力是物體具有重力的根本原因，但重力又不完全等於引力。這是因為地球在不停地自轉，地球上的一切物體都隨著地球自轉而繞地軸做勻速圓周運動，這就需要向心力。這個向心力的方向是垂直指向地軸的，它的大小是f＝mrω，式中的r是物體與地軸的距離，ω是地球自轉的角速度。向心力來自地球對物體的引力F，是引力F的一個分力，引力F的另一個分力是物體的重力mg。在不同緯度的地方，物體做勻速圓周運動的角速度ω相同，而圓周的半徑r不同，這個半徑在赤道處最大，在兩極最小(等於零)。緯度為α處的物體隨地球自轉所需的向心力f＝mRωcos α(R為地球半徑)，由公式可見，隨著緯度升高，向心力將減小，在兩極處Rcos α＝0，f＝0。作為引力的另一個分量，即重力則隨緯度升高而增大。在赤道上，物體的重力等於引力與向心力之差，即mg＝GMm/R－mωR；在兩極，引力就是重力。但由於地球的角速度很小，數量級僅為10－5rad/s，所以mg與F的差別並不是很大。重力mg一般並不指向地心，只有在南北兩極和赤道上重力mg才能指向地心。同樣，根據萬有引力定律知道，在同一緯度，物體的重力和重力加速度g的數值，隨著物體離地面高度的增加而減小。若不考慮地球自轉，地球表面處有mg＝GMm/R，可以得出地球表面處的重力加速度g＝GM/R。在距地表高度為h的高空處，萬有引力引起的重力加速度為g′，由牛頓第二定律可得mg′＝GMm/(R＋h)，即g′＝GM/(R＋h)＝R/(R＋h)g。如果在h＝R處，則g′＝g/4。在月球軌道處，由於r＝60R(r＝h＋r)，所以重力加速度g′＝g/3600。重力加速度隨高度的增加而減小這一結論對其他星球也適用。
2.萬有引力定律的應用
①.基本方法
把天體(或人造衛星)的運動看成勻速圓周運動，其所需向心力由萬有引力提供。
②.解決天體圓周運動問題的兩條思路
a.在地面附近萬有引力近似等於物體的重力，F萬＝mg即GMm/R＝mg，整理得GM＝gR。b.天體運動都可以近似地看成勻速圓周運動，其向心力由萬有引力提供，即F萬＝F向。
一般有以下幾種表述形式：GMm/r＝mv/r，GMm/r＝mωr，GMm/r＝m4π/Tr。
③.天體質量和密度的計算
a.利用天體表面的重力加速度g和天體半徑R。由於GMm/R＝mg，故天體質量M＝gR/G，天體密度ρ＝M/V。
b.通過觀察衛星繞天體做勻速圓周運動的周期T，軌道半徑r。
(a)由萬有引力等於向心力，即GMm/r＝m4π/Tr，得出中心天體質量M＝4πr/GT；
(b)若已知天體的半徑R，則天體的密度ρ＝M/V＝M/4/3πR＝3πr/GTR；
(c)若天體的衛星在天體表面附近環繞天體運動，可認為其軌道半徑r等於天體半徑R，則天體密度ρ＝3π/GT。可見，只要測出衛星環繞天體表面運動的周期T，就可估測出中心天體的密度。不考慮天體自轉，對任何天體表面都可以認為mg＝GM/mR，從而得出GM＝gR(通常稱為黃金代換)，其中M為該天體的質量，R為該天體的半徑，g為相應天體表面的重力加速度。