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h1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h2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h2处,笔损失的机械能。 |