飞机上的昼夜交替问题解析

飞机上的昼夜交替问题解析

要弄明白这个问题，首先要搞清楚昼夜更替这种现象是如何产生的。

我们每个人所处的位置（极点除外）都有一条纬线，并会随地球的自转向东沿纬线一起运动。这时我们会在24小时内经过一次昼弧和夜弧，就经历了一个昼夜。

其实也可以理解为我们没动，但由于太阳东升西落，使晨昏圈也向西移。我们也会在24小时内经过一次晨线和昏线，从而感觉到一个完整的昼和夜。飞机的飞行就看飞机相对于晨昏线移动的速度了：同向相减，异向相加。

现在让我们来讨论一下飞机上的情形。

假设我们乘一架飞机在某地日落时起飞（也就是在昏线上）向西飞行，飞行速度与晨昏线西移速度一致，即每小时向西飞越15度经度，这时会发生什么现象呢？应该是飞机始终在昏线上，也就是在飞机上我们一直都会看到日落景观，即便飞行24小时也如此，不会有昼夜更替现象了。

照此推理，我们将飞机速度增加一倍，即从昏线上起飞向西以每小时30度的经度跨度飞行，这时飞机就会超过昏线的西移速度进入昼半球，我们在飞机上看到的景观就日出，且是太阳在西边日出。飞机每小时会比昏线西移多出15度的经度。这样12小时后我们就飞到了晨线上方，这时我们发现太阳在东方地平线上。但是很快就超越了晨线向西进入夜半球了。也就是说我们这时看到日落了，而且是太阳从东方日落的。这是不是很奇妙呀！再飞12小时，又到昏线上方了，也就是说飞机穿越夜半球又见到太阳从西边出来了。至此我们经历了一个完整的昼和夜，也是24小时为周期的，只是见到了太阳西升东落。

再换一下，如果飞机在昏线上起飞并向东以每小时15度经度跨度飞行，这时由于昏线和晨线西移每小时15度经度，相当于飞机以每小时30度的经度跨度向东远离昏线并靠近晨线。于6小时后达到晨线，见到日出，12小时后再次到达昏线见到日落，从而也经历一个完整的昼和夜，只不过这次只用了12小时就经历了一个昼和夜，比正常时间的24小时缩短了一半。也就是说这样的话，我们在飞机上经历的一天就12小时了。

这一类地理测试题，常常令很多同学感到茫然无所适从。其实这类题目的解决关键是要弄清以下三个问题：（1）地球的自转方向及角速度Φ0；

（2）以地面为参照物的飞机绕地飞行方向及角速度Φ地；

（3）以太阳为参照物的飞机绕地飞行方向及角速度Φ阳。

下面略举数例予以说明。

例题1.潍坊市四县（市）2004－2005学年度第一学期期中考试：

在30°N纬线上，若飞机向东以15°/小时的速度飞行，那么飞机上的人将经历（）

A.昼夜长短相等

B.昼夜长度均增加了一倍

C.昼夜长度均减小了一半

D.太阳永不西落或东升

解析：以地面为参照物的飞机绕地飞行角速度Φ地=15°/小时；由于Φ地与Φ0方向一致，因而以太阳为参照物的飞机绕地飞行角速度Φ阳=Φ地与Φ0的叠加=Φ地

+Φ0=15°/小时+15°/小时=30°/小时。以太阳为参照物看到的飞机绕地飞行一周（即完成一个昼夜更替周期）所需的时间=360°÷30°/小时=12小时。在飞机上一个昼夜更替周期变成了地面上的1/2，由于飞机运动是匀速的，所以飞机的昼夜各变为地面上的1/2.答案为C.

例题2.一飞机沿赤道以555km/小时的速度向西飞行，乘客感觉到的昼夜长短是

A.昼长约12小时，夜长约12小时

B.昼长约9小时，夜长约15小时

C.昼长约18小时，夜长约18小时

D.昼长约18小时，夜长约6小时

解析：赤道上经度相差1°的弧长为111km，那么以地面为参照物的该飞机绕地飞行角速度Φ地=（555÷111）°/小时=5°/小时；地球自转的角速度Φ0=15°/小时。但由于飞机的飞行方向与地球自转方相反，且Φ地﹤Φ0，因此以太阳为参照物看到的飞机绕地飞行情况为：飞机绕地向东飞行，角速度Φ阳=Φ0-Φ地=（15-5）°/小时=10°/小时。在飞机上一个昼夜更替周期=360°÷10°/小时=36小时。在赤道上昼夜等长，所以乘客感觉到的昼长=夜长=36÷2=18小时。答案为C.

例题3.江苏省海安中学2005届高三年级调研考试：

某飞机于2004年9月23日下午6时从北京机场起飞，自西向东环球一周，48小时后飞回北京机场。下列说法可信的是：

A.飞行员在飞行途中看到太阳一直在西边的地平线上

B.在经过120°E、120°W和0°经线时都能看到日出

C.在经过180°经线时看到了日落

D.该飞机在飞行过程中经历了三个昼夜

解析：以地面为参照物的该飞机绕地飞行角速度Φ地=360°÷48小时=7.5°/小时，飞行方向与地球自转方向一致。

以太阳为参照物看到的飞机绕地飞行情况为：飞机绕地向东飞行，角速度Φ阳=Φ地+Φ0=（7.5+15）°/小时=22.5°/小时。在飞机上感觉到的昼夜更替周期=360°÷22.5°/小时=16小时，该飞机在飞行过程中经历的昼夜个数=48小时÷16小时=3.答案为D.

例题4. 在30°N纬线上，若飞机向东以15°/小时的速度飞行，那么飞机上的人将经历（）

A、昼夜长短相等

B、昼夜长度均增加了一倍

C、昼夜长度均减小了一半

D、太阳永不西落或东升

解析：以地面为参照物的飞机绕地飞行角速度V飞机=15°/小时；由于V飞机与V地球方向一致，因而以太阳为参照物的飞机绕地飞行角速度V太阳=V飞机+ V地球=15°/小时+15°/小时=30°/小时。以太阳为参照物看到的飞机绕地飞行一周（即完成一个昼夜更替周期）所需的时间=360°÷30°/小时=12小时。在飞机上一个昼夜更替周期变成了地面上的1/2，由于飞机运动是匀速的，所以飞机的昼夜各变为地面上的1/2。答案为C。

巩固练习

1.（2004届重庆市高三联合诊断性考试(第二次)）假设一探险者驾驶轻型飞机，以555千米／小时的速度向东环球飞行一周。探险者在飞行过程中感觉到的昼夜长短情况是A．昼长约9小时，夜长约9小时

B．昼长约12小时，夜长约12小时

C. 昼长约10小时，夜长约11小时

D．昼长约18小时，夜长约18小时

2.有一架飞机在当地时间7月1日5时从旭日东升的A机场起飞，沿纬线向东飞行，一路上阳光普照，降落到B机场正值日落。读下图完成(1)-(2)题。

(1)降落到B机场时，当地时间为：（）

A．7月2日11时 B．7月1日21时

C．7月1日19时 D．6月30日19时