解题思路:m1小球可能直接由A到B与m2小球碰撞,也可能由A到D到C再到B与m2小球碰撞,碰撞过程遵守动量守恒和机械能守恒,由两大守恒列方程得到碰撞后速度关系式,再由圆周知识确定碰撞后速度大小之比,再求解质量之比.
设碰撞后m1、m2的速度分别为v1、v2.
第一种情况:m1小球由A到B撞m2,且m1碰撞后反向,以v0方向为正,由动量守恒定律得:
m1v0=m2v2-m1v1…①
因为恰在C点发生第二次碰撞,m1运动[3/4]周,m2运动[1/4]周,而在相同时间内,线速度大小与路程成正比,则有:
3v2=v1…②
且m1、m2为弹性球发生弹性碰撞,由机械能守恒得:[1/2]m1v02=[1/2]m1v12+[1/2]m2v22…③
将②代人①③得:
m1(v0+3v2)=m2v2
m1(v02-9v22)=m2v22
两式相除得:v0=4v2
再代入①解得:m1:m2=1:7
第二种情况:m1小球由A到B撞m2,且碰撞后同向,v0方向为正,由动量守恒定律得:m1v0=m2v2+m1v1 …④
因为恰在C点发生第二次碰撞,m1运动[1/4]周,m2运动[5/4]周,故有v2=5v1 …⑤
由机械能守恒得:[1/2]m1v02=[1/2]m1v12+[1/2]m2v22…⑥
解得:
m1
m2=[5/3]
第三种情况:m1小球由A到D到C再到B撞m2,且m1碰撞后反向.
以v0方向为正,由动量守恒定律得:
m1v0=m2v2-m1v1…⑦
因为恰在C点发生第二次碰撞,m2运动[3/4]周,m1运动[1/4]周,故有:
v2=3v1…⑧
且m1、m2为弹性球发生弹性碰撞,由机械能守恒得:[1/2]m1v02=[1/2]m1v12+[1/2]m2v22…⑧
解得:m1:m2=3:5
故选:AC.
点评:
本题考点: 动量守恒定律;牛顿第二定律;向心力;机械能守恒定律.
考点点评: 本题碰撞前小球m1的运动方向可能存在两种情况,碰撞遵守动量守恒和机械能守恒.关键是根据圆周运动知识的规律研究碰撞后速度的关系.