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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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。
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