探究某种笔的弹跳问题时，把笔分为轻质弹簧、内芯和外壳三部分，其中内芯和外壳质量分别为m和4m。笔的弹跳过程分为三个阶段：①把笔竖直倒立于水平硬桌面，下压外壳使其下端接触桌面（如图a）；②由静止释放，外壳竖直上升至下端距桌面高度为h ₁时，与静止的内芯碰撞（如图b）；③碰后，内芯与外壳以共同的速度一起上升到外壳下端距桌面最大高度为h ₂处（如图c）。设内芯与外壳的撞击力远大于笔所受重力、不计摩擦与空气阻力，重力加速度为g。求：
（1）外壳与内芯碰撞后瞬间的共同速度大小；
（2）从外壳离开桌面到碰撞前瞬间，弹簧做的功；
（3）从外壳下端离开桌面到上升至h ₂处，笔损失的机械能。