高中生物 第一单元 生物个体的稳态与调节 第三章 动物稳态维持的生理基础 第一节 神经冲动的产生和传.docx

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高中生物第一单元生物个体的稳态与调节第三章动物稳态维持的生理基础第一节神经冲动的产生和传

第一节　神经冲动的产生和传导

情景导入

课标导航

课程标准

1.理解膜电位的产生。

2.掌握动作电位在神经纤维上的传导。

3.了解生物电的发现。

关键术语

生物电　膜电位　静息电位　动作电位　神经冲动

生物电的发现与膜电位的产生

基础梳理

1．生物电的发现

（1）1786年，伽伐尼发现，若电击刚解剖出来的蛙坐骨神经—腓肠肌标本，肌肉会收缩。

（2）伏打得知以上结果后多次重复该实验。

（3）英国剑桥大学的霍奇金和他的同事们，利用枪乌贼巨大神经纤维为材料，成功地测量了单个细胞膜内外的电位差及其变化，证明了生物电存在的事实。

这种存在于细胞膜内外的电位差，称为膜电位。

2．膜电位的产生

（1）产生原因

细胞膜内外的离子浓度不同，以及离子的跨膜运输。

（2）静息电位的产生

当神经细胞处于静息状态时，K＋通道开放（Na＋通道关闭），这时K＋会从浓度高的膜内向浓度低的膜外运动，使膜外带正电，膜内带负电。

膜外正电的产生阻止了膜内K＋的继续外流，使膜电位不再发生变化，产生静息电位。

（3）动作电位的产生

当神经细胞受到刺激后，Na＋通道会立即开放，Na＋大量涌入细胞内，使细胞处于膜内带正电、膜外相对带负电的兴奋状态，此时的电位为动作电位。

[思维激活1]膜电位产生时离子进出细胞的方式如何？

提示　Na＋、K＋顺浓度梯度进出细胞时是协助扩散，逆浓度梯度时是主动运输。

合作探究

静息电位和动作电位的产生

正常情况下神经细胞的膜内外存在着离子差异。

1．静息电位的形成

2．动作电位的形成——受刺激时兴奋产生

[巩固1]下列能正确表示神经纤维受刺激时，刺激点膜电位由静息电位转为动作电位过程的是（　　）。

A．①→④B．②→③

C．③→②D．④→①

解析　静息状态下神经纤维膜外为正电位，膜内为负电位，受刺激后，电荷分布变为外负内正。

答案　D

动作电位的传导

基础梳理

1．神经冲动的传导：

细胞的动作电位一旦产生，就会向该细胞的其他部位不衰减地传送或扩展。

2．传导的过程

膜内，兴奋区的正电荷向邻近的静息区流动；膜外，电流流动方向与膜内方向相反。

两者共同作用，使静息区的膜电位上升而产生动作电位。

3．一般特征：

生理完整性、双向传导、非递减性传导、绝缘性、相对不疲劳性。

[思维激活2]兴奋在神经纤维上的传导方向与电流方向有怎样的关系？

提示　兴奋的传导方向与膜外电流方向相反，与膜内电流方向一致。

合作探究

1．兴奋：

是指动物体或人体内的某些组织（如神经组织）或细胞感受外界刺激后由相对静止状态变为显著活跃状态的过程。

（1）可以兴奋的组织包括神经、肌肉和腺体。

（2）引起兴奋的刺激可以来自生物体内，也可来自外界环境，但必须是适宜刺激。

2．兴奋在神经纤维上的传导

（1）传导形式：

局部电流。

（2）传导过程：

静息电位→刺激→动作电位→电位差→局部电流。

（3）传导特点：

双向传导。

3．电位的测量与变化曲线

测量方法

测量图解

测量结果

电表两极分

别置于神经

纤维膜的内

侧和外侧

电表两极均

置于神经纤

维膜的外侧

特别提醒①在膜外，兴奋的传导方向与局部电流的方向相反。

②在膜内，兴奋的传导方向与局部电流的方向相同。

③在一个神经元内有一处受到刺激产生兴奋，迅速传至整个神经元细胞，即在该神经元的任何部位均可测到生物电变化。

[巩固2]在一条离体神经纤维的中段施加电刺激，使其兴奋。

下图表示受刺激时，膜内外电位变化和所产生的神经冲动传导方向（横向箭头表示传导方向）。

其中正确的是（　　）。

解析神经纤维在未受刺激时，细胞膜电位表现为膜外正电位，膜内负电位。

当神经纤维的某一部位受到刺激产生兴奋时，膜外由正电位变为负电位，膜内由负电位变为正电位，但是邻近的静息区仍然是膜外正电位膜内负电位。

这样，细胞膜内外的兴奋区与邻近的静息区之间形成了电位差，就有了电荷移动，形成了局部电流。

该电流在膜外由静息区流向兴奋区，在膜内则由兴奋区流向静息区，从而形成了局部电流回路。

答案C

静息电位和动作电位的形成机理

【例1】（山东高考）如图表示枪乌贼离体神经纤维在Na＋浓度不同的两种海水中受刺激后的膜电位变化情况。

下列描述错误的是（　　）。

A．曲线a代表正常海水中膜电位的变化

B．两种海水中神经纤维的静息电位相同

C．低Na＋海水中神经纤维静息时，膜内Na＋浓度高于膜外

D．正常海水中神经纤维受刺激时，膜外Na＋浓度高于膜内

思维导图　解决本题的关键是看懂坐标曲线的含义。

答案　C

反思总结神经细胞某部位受刺激前后，膜两侧电位差变化的曲线解读：

A线段——静息电位，外正内负，K＋通道开放；

B点——0电位，动作电位形成过程中，Na＋通道开放；

BC段——动作电位，Na＋通道继续开放，Na＋内流；

CD段——静息电位恢复形成（K＋通道打开，K＋外流）；

DE段——通过Na-K泵，Na+排出，K+流入，逆浓度梯度，且需消耗能量，属于主动运输。

动作电位的传导与恢复的测定

【例2】取出枪乌贼完整无损的粗大神经纤维并置于适宜环境中，进行如下图实验。

G表示灵敏电流计，a、b为两个微型电极，阴影部分表示开始发生局部电流的区域。

请据下图分析回答下面的问题。

（1）静息状态时的电位，A侧为________，B侧为______（正或负）。

（2）局部电流在膜外由________区流向________区，在膜内由________区流向________区，这样就形成了局部电流回路。

（3）兴奋在神经纤维上的传导方向是________向的。

（4）如果将a、b两电极置于神经纤维膜外，同时在c处给予一个强刺激（如上图所示），电流计的指针会发生两次方向________（填“相同”或“相反”）的偏转。

若将b电极置于d处膜外（ab＝bd），a电极位置不变，则刺激c处后，电流计是否偏转？

________。

思维导图

解析　神经纤维上兴奋的传导具有双向性。

静息状态时，电位是“外正内负”，兴奋状态时，兴奋区的电位是“外负内正”。

若在c处给予一个强刺激，当b点兴奋时，a点并未兴奋，即b点膜外是负电位，而a点膜外是正电位，根据电流由正极流向负极，可知此时电流计的指针向右偏转；同理，当a点兴奋时，b点并未兴奋，此时电流计的指针向左偏转。

答案　

（1）正　负　

（2）静息　兴奋　兴奋　静息

（3）双　（4）相反　偏转

反思总结神经表面电位差的实验图示

在蛙的坐骨神经上放置两个电极，连接到一个电表上。

①静息时，电表没有测出电位差，说明神经表面各处电位相等（图1）。

②当在图示神经的左侧一端给予刺激时，可以看到，靠近刺激端的电极处先变为负电位，接着恢复正电位（图2和图3）。

③然后，另一电极处变为负电位，接着又恢复为正电位（图3和图4）。

1．用新鲜的保持生物活性的青蛙坐骨神经—腓肠肌标本进行下列实验，观察不到肌肉收缩的是（　　）。

解析　用同种金属构成回路时，无法形成金属电流，肌肉不收缩。

答案　A

2．神经细胞在静息时具有静息电位，受到适宜刺激时可迅速产生能传导的动作电位，这两种电位可通过仪器测量。

A、B、C、D均为测量神经纤维静息电位示意图，正确的是（多选）（　　）。

答案　AC

3．刺激神经纤维的某一部位使其产生兴奋，则其膜内外产生局部电流的流动方向是（　　）。

A．膜外由静息区流向兴奋区，膜内与膜外相同

B．膜外由静息区流向兴奋区，膜内与膜外相反

C．膜外由兴奋区流向静息区，膜内与膜外相反

D．膜外由兴奋区流向静息区，膜内与膜外相同

解析　在神经纤维处于静息状态时，神经纤维膜两侧的电位表现为内负外正。

当神经纤维的某一部位受到刺激时，此部位的膜两侧的电位发生变化，由内负外正变为内正外负。

因此，在兴奋区和邻近的静息区之间就产生电位差，形成了局部电流，并且在膜外由静息区流向兴奋区，在膜内由兴奋区流向静息区。

答案　B

4．下图1是测量神经纤维膜内外电位的装置，图2是测得的膜电位变化。

请据图回答下面的问题。

图1

图2

（1）图1装置A测得的电位相当于图2中__________点的电位，该电位称为__________电位。

装置B测得的电位相当于图2中__________点的电位，该电位称为__________电位。

（2）当神经纤维受到适宜刺激后，在兴奋区，膜对离子的________性发生变化，________离子大量流向膜__________________________________________________，

引起电位逐步变化，此时相当于图2中的________段。

解析　由图示可知，A装置测的是静息电位，B装置测的是动作电位。

神经冲动的传导过程是电化学变化的过程，神经受到刺激时，细胞膜的通透性发生急剧变化，兴奋区Na＋的流入量增加，静息状态时K＋的流出量增加，所以神经冲动是伴随着Na＋大量的流入和K＋的大量流出而发生的。

答案　

（1）A　静息　C　动作

（2）通透　钠　内　B

课堂小结

考查知识点及角度

难度及题号

基础

中档

稍难

膜电位的产生

1、2

3、4

动作电位的传导

5、6

8

7、9

一、选择题（共8小题，每小题5分，共40分）

1．当神经细胞处于静息状态时（　　）。

A．钠离子通道开放，钾离子通道关闭

B．钾离子通道开放，钠离子通道关闭

C．钠离子通道开放，钾离子通道开放

D．钠离子通道关闭，钾离子通道关闭

答案　B

2．当刺激神经纤维上的某一点时，将会出现（　　）。

A．所产生的冲动向轴突末梢方向传导

B．该部位细胞内的阳离子比细胞外的阳离子少

C．所产生的冲动向树突末梢方向传导

D．该部位细胞内的阳离子比细胞外的阳离子多

答案　D

3．静息时和产生兴奋后，神经纤维细胞膜内外电位分别是（　　）。

A．内正外负、内负外正B．内负外正、内正外负

C．内负外正、内负外正D．内正外负、内正外负

答案　B

4．神经纤维受到刺激时，细胞膜内、外的电位变化是（　　）。

①膜外由正电位变为负电位　②膜内由负电位变为正电位　③膜外由负电位变为正电位　④膜内由正电位变为负电位

A．①②B．③④C．②③D．①③

答案　A

5．以枪乌贼的粗大神经纤维为材料，如图所示，这时观测到a、b间局部电流的流动方向是（　　）。

A．在膜内是b→a

B．在膜内可以是b→a，也可以是a→b

C．在膜外是b→a

D．在膜外是a→b

答案　C

6．取出枪乌贼的粗大神经纤维，进行如下图所示的实验：

将电位计的两个微型电极a、b分别置于神经纤维膜外，强刺激c处，电位计指针的偏转情况是（　　）。

A．不发生偏转

B．发生一次偏转

C．发生两次方向相同的偏转

D．发生两次方向相反的偏转

解析　电位计连接在神经纤维膜外的两个点上，先后发生兴奋。

答案　D

7．以枪乌贼的粗大神经纤维作材料，在神经纤维的表面放置两个相距2～3cm的电极a和b，在图中的刺激点给予较强的电刺激（如图所示）。

依据观测到的电流表指针偏转情况所绘出的曲线是（　　）。

解析　电刺激传到a时，a点变为负电位，然后恢复原来的0电位。

电刺激传到b时，b点变为负电位，然后恢复原来的0电位。

电流表指针两次偏转的方向相反。

答案　C

8．神经冲动是动物体或人体内某些组织或细胞感受外界刺激后，由相对静止状态变为显著活跃状态的过程，下列关于神经冲动的描述正确的是（　　）。

A．口腔上皮细胞与神经元相比，神经元产生神经冲动的能力更强

B．神经冲动产生是神经元上膜电位由静息电位变为动作电位的过程

C．神经元只能产生神经冲动不能传导神经冲动，神经冲动是在神经纤维上传导的

D．在神经元上，神经冲动是静息电位的传导过程

答案　B

二、非选择题（共10分）

9．（10分）结合图示探究1、2、3处单独刺激时，电表指针的偏转次数及方向。

答案　

（1）刺激1：

偏转次数：

2次。

偏转方向：

先向左偏转再向右偏转。

（2）刺激2：

偏转次数：

0次。

偏转方向：

不偏转。

（3）刺激3：

偏转次数：

2次。

偏转方向：

先向右偏转再向左偏转。