17. 在观察“磁场对通电直导线的作用”活动中，小明用导线在固定的接线柱$MN$下悬挂一根较轻的金属棒$ab$，然后将其作为通电导线接入电路放在蹄形磁体的磁场里，如图甲所示.

(1)在做实验前，为了排除其他因素的干扰，应选择(选填“铁”或“铝”)棒为好.
(2)在(1)中提供的金属棒中，选择合适金属棒$ab$进行实验，看到金属棒$ab$稳定时如图乙所示，这说明通电导体在磁场中受到的作用；在探究导线在磁场中受力方向与电流方向、磁场方向的关系时，小明先仅对调磁极位置，再闭合开关，观察到金属棒$ab$稳定时如图丙所示，由此可知通电导线在磁场中受力的方向与方向有关.然后小明保持图甲中的磁极位置不动，将金属棒$ab$两端对调后接入电路，发现金属棒$ab$的摆动方向依然如图乙所示，由此小明认为通电导线在磁场中的受力方向与电流方向无关.小明这样的操作存在的问题是.
(3)小明进一步猜想：在同一磁场中，磁场对导线的作用力是否与通过导线的电流大小有关呢？为此小明决定在图丙所示的实验基础上，在电路中串入电流表，并通过将金属棒$ab$换成长短、粗细均相同但电阻更小的铜棒(已知铜的密度均大于铁和铝的密度)来改变电路中的电流，进行对比实验.
①实验过程中，小明应根据(选填“电流表的示数”或“导线摆动角度”)来推断通电导线在磁场中的受力大小.
②闭合开关，小明发现铜棒稳定时的位置都如图丁所示，与丙图实验现象相比，小明得出结论：“在同一磁场中，通过导线的电流越大，磁场对导线的作用力就越小.”小明的这种说法是(选填“正确”或“错误”)的，理由是.

铝
力
磁场
没有改变金属棒中电流方向
导线摆动的角度
错误
铜棒的质量和原先的金属棒不同

【分析】
1. 第(1)问：为排除磁体直接吸引金属棒的干扰，需选择非磁性材料的金属棒。铁是磁性材料，会被磁体吸引，铝不是磁性材料，不会被磁体吸引，因此选铝棒。
2. 第(2)问：金属棒在磁场中位置发生改变，说明通电导体在磁场中受到力的作用；仅对调磁极，磁场方向改变，金属棒受力方向随之改变，说明受力方向与磁场方向有关；将金属棒两端对调接入电路时，电源正负极未变，金属棒中的电流方向并未改变，因此小明的操作无法探究受力方向与电流方向的关系，问题在于没有改变金属棒中电流方向。
3. 第(3)问：①利用转换法，通过导线摆动的角度来反映受力大小，摆动角度越大，说明受力越大；②换用铜棒时，铜棒密度更大，在长短、粗细相同的情况下质量更大，重力更大，会影响摆动角度，实验未控制金属棒质量相同，因此不能直接通过摆动角度判断受力大小与电流的关系。
【解析】
(1) 铁是磁性材料，会被蹄形磁体吸引，对实验造成干扰；铝不是磁性材料，不会被磁体吸引，因此为排除干扰，应选择铝棒。
(2) 金属棒$ab$稳定时位置发生变化，说明通电导体在磁场中受到力的作用；仅对调磁极位置，磁场方向改变，金属棒$ab$的受力方向改变（位置从乙变为丙），由此可知通电导线在磁场中受力的方向与磁场方向有关；将金属棒$ab$两端对调后接入电路，电源正负极未改变，金属棒中的电流方向没有发生变化，因此小明的操作存在的问题是没有改变金属棒中电流方向，无法探究受力方向与电流方向的关系。
(3) ①实验中采用转换法，通过观察导线摆动的角度来推断通电导线在磁场中的受力大小，摆动角度越大，说明受力越大；
②小明的说法是错误的，因为铜的密度大于原来金属棒的密度，在长短、粗细相同时，铜棒的质量更大，重力更大，即使电流增大，铜棒的重力会影响摆动角度，没有控制金属棒的质量相同，不能通过摆动角度来比较受力大小。
【答案】
(1) 铝
(2) 力；磁场；没有改变金属棒中电流方向
(3) ①导线摆动的角度；②错误；铜棒的质量和原先的金属棒不同
【知识点】
磁场对通电导线的作用；控制变量法；转换法
【点评】
本题围绕“磁场对通电直导线的作用”实验展开，考查了实验材料选择、实验现象分析以及控制变量法和转换法的应用，要求学生具备实验分析能力，能识别实验中的变量控制问题。
【难度系数】
0.6