2.3 神经冲动的产生与传导（第1课时）（优质精讲课）-【上好课】2024-2025学年高二生物同步精品课堂（人教版2019选择性必修1）

神经冲动的产生和传导（第1课时） 兴奋在神经纤维上的传导 人教版高中生物选择性必修1 第二章第三节 学习目标、重难点 核心素养 1.掌握神经冲动产生的过程，包括静息电位和动作电位的产生的兴奋传递等。 2.阐明膜电位变化与离子跨膜运输的关系。 1.生命概念：通过对神经冲动产生和传导的学习，使学生认识到生命活动的复杂性和精密性，增强对生命的敬畏之情。 2. 科学思维：能够运用所学知识分析神经冲动产生和传导过程中存在的问题，培养学生的批判性思维能力。 3. 科学探究：通过设计实验探究神经冲动的产生和传导过程，培养学生的科学探究精神和合作意识。 重点 1. 静息电位与动作电位的产生机制 2. 兴奋在神经纤维上的传导机制 3. 神经冲动产生和传导过程中的离子、电位变化 难点 1.神经冲动产生的离子基础 2.神经冲动的传导过程 2 问题探讨 短跑赛场上，发令枪一响，运动员会像离弦的箭一样冲出。现在世界田径比赛规则规定，在枪响后0.1s内起跑被视为抢跑。 1、从运动员听到枪响到作出起跑的反应，信号的传导经过了哪些结构？ 思考：兴奋在反射弧中以什么形式传导？它又是怎么传导的呢？ 神经中枢 传入神经 感受器 效应器 传出神经 2、为什么要以枪响后0.1s内起跑被视为抢跑？ 人类从听到声音到作出反应起跑，兴奋需要经过反射弧的各个结构时间至少需要0.1s。 神经纤维 神经元之间 一样吗？ 资料1：18世纪，伽尔瓦尼意外地发现，用两种金属导体在蛙的肌肉和神经之间建立回路，蛙腿剧烈地痉挛。经过反复实验，他认为痉挛起因于蛙体内存在的电，他还把这种电叫做“生物电”。神经通过生物电使肌肉收缩。 (意大利)伽尔瓦尼（1738-1798） 使肌肉收缩起因真的是生物电吗？这个电可测吗？ 资料2：意大利物理学家伏特认为这只是一种纯物理现象，是两种金属的电位差引起的，而不是所谓的生物电。 一、电信号的发现 资料3：蛙的坐骨神经表面电位变化实验 原理：只要存在电位差，电流表指针就会偏转,从正电荷一极向负电荷一极偏转。 思考：无刺激时，电表指针怎么偏转？这又说明什么？当给予刺激，又发生了怎样变化？这又说明什么？ 一、电信号的发现 a b + — 坐骨神经 + — 结论： 一、电信号的发现 资料3：蛙的坐骨神经表面电位变化实验 静息时，电表没有测出电位差，说明神经表面各处电位相等 左侧给予刺激，靠近刺激端的电极处（a处）先变为负电位 接着恢复正电位 然后，另一电极（b处）变为负电位 接着又恢复为正电位 电表偏转了多少次？ 2次 在神经系统中，兴奋是以电信号的形式沿着神经纤维传导的，这种电信号也叫神经冲动。（P27） 电信号是在神经纤维上是如何产生的，如何传导的？？ 6 二、兴奋在神经纤维上的传导 【阅读】课本P28，思考以下问题：（4min） 1.什么是静息电位？形成原因？ 2.什么是动作电位？形成原因？ 3.神经细胞胞内K+浓度高于胞外，胞外Na+高于胞内，如何来实现这一离子梯度呢？ 4.什么是局部电流？ 5.兴奋传导方向和电流方向一致吗？ 二、兴奋在神经纤维上的传导 1、静息电位 a、状态： c、离子分布： 未受刺激时 K+内高外低 d、结果： K+内高外低 K+通道开放 ↓ K+外流 膜外阳离子浓度高于膜内(内负外正) ↓ b、膜通透性： 主要对K+有通 透性，即K+通道开放， 运输方式？ 协助扩散 二、兴奋在神经纤维上的传导 2、动作电位 a、状态： 受刺激后 b、膜通透性： 细胞膜对Na+的通 透性增加，Na+ 内流， c、结果： Na +通道开放 ↓ Na+内流 膜内阳离子浓度高于膜外(内正外负) ↓ 运输方式？ 协助扩散 思考：兴奋部位电位内正外负,邻近未兴奋部位仍为内负外正，兴奋部位和未兴奋部位会发生什么？ - + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 兴奋部位 未兴奋部位 未兴奋部位 刺激 3、局部电流的形成 二、兴奋在神经纤维上的传导 内正外负 内负外正 在兴奋部位和未兴奋部位之间由于_______的存在而发生__________，这样就形成了_________ 内负外正 电位差 电荷移动 局部电流 局部电流方向： ①膜外: 部位→ 部位 ②膜内: 部位→ 部位 未兴奋 兴奋 兴奋 未兴奋 与兴奋传导方向 与兴奋传导方向 相反 相同 方向：双向传导 原因？ - + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 二、兴奋在神经纤维上的传导 思考：局部电流的传导与物理学的电流等同吗？ 刺激部位 电流：在电场力的作用下，处于电场内的电荷发生定向移动，形成了电流 局部电流的传导（神经冲动）对未兴奋部位来讲，又是一个小小的刺激，刺激钠离子通道打开，大量钠离子内流， 神经冲动本质：动作电位在神经纤维上的顺序发生 二、兴奋在神经纤维上的传导 4、电流的传导过后静息电位恢复 - + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 刺激部位 K+通道开放，K+外流(协助扩散)， 静息电位恢复 小结：兴奋部位与未兴奋部位之间由于电位差发生电荷移动形成局部电流，如此依次进行下去，兴奋不断地向前传导，后方恢复静息电位。 思考：所以局部电流是怎么样形成？ Na+ 膜外 膜外 + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + K+ K+ K+ K+ Na+ Na+ Na+ Na+ K+ Na+ Na+ Na+ K+ K+ K+ 二、兴奋在神经纤维上的传导 思考：静息电位与动作电位的形成，使K+持续外流与Na +持续内流，如持续下去，协助扩散会使得门内外的Na +与K+浓度趋向相同，但实际上无论何时一直是膜外的Na+浓度高，膜内的K+浓度高，这是为什么呢？ (主动运输） (协助扩散） (协助扩散） 钠钾泵保持膜内高钾，膜外高钠，膜内外离子分布不平衡的状态。 (是动作电位与静息电位产生的离子基础） 二、兴奋在神经纤维上的传导 5、电信号在神经纤维上的传导 二、兴奋在神经纤维上的传导 5、兴奋传导的方向总结 （1）兴奋传导方向： 从兴奋部位传导到未兴奋部位， （2）兴奋传导特点： 双向传导 （3）局部电流方向： 膜外：未兴奋部位→兴奋部位，与兴奋传导方向相反 膜内：兴奋部位→未兴奋部位，与兴奋传导方向相同 （4）兴奋传导形式： 电信号（局部电流、神经冲动） 问：以上是用蛙的离体坐骨神经做实验，那么兴奋在反射弧上的传导是双向传导，但在生物体内呢？ 二、兴奋在神经纤维上的传导 在中部刺激神经纤维，两侧临近的未兴奋区与该兴奋区都存在电位差，都可以产生电荷移动，形成局部电流，所以双向传导 ①在离体的神经纤维上 ②在反射过程中 在反射过程中，兴奋总是从感受器一端接受刺激产生兴奋然后传向另一端，所以兴奋传导方向一般单向传导。 问：以上是用蛙的离体坐骨神经做实验，那么兴奋在反射弧上的传导是双向传导，但在生物体内呢？ 兴奋在神经纤维上的传导 膜电位 传导方式 特 点： 静息电位 动作电位 钾离子外流 外正内负 影响因素：钾离子的浓度差 协助扩散 钠离子内流 外负内正 影响因素：钠离子的浓度差 电信号 电流方向 膜内：与兴奋传导方向相同 膜外：与兴奋传导方向相反 双向传导 注：在反射弧中，兴奋是单向传递的 （K+通道开放） （Na+通道开放） 协助扩散 无论何时膜外的Na+浓度高，膜内的K+浓度高 钠钾泵 （主动运输） 二、兴奋在神经纤维上的传导 6、小结 膜内外离子分布不平衡的状态是动作电位与静息电位产生的离子基础。 对应训练 1、如图所示,当神经冲动在轴突上传导时,下列叙述错误的是 ( ) A.丁区发生K+外流和Na+内流 B. 甲区与丙区可能刚恢复为静息电位状态 C. 乙区与丁区间膜内局部电流的方向是从乙到丁 D..图示神经冲动的传导方向有可能是从左到右或从右到左 A 三、拓展——膜电位的测量 资料4：乌贼神经细胞轴突电活动实验 艾伦·劳埃德·霍奇金 英国生理学家 直径可达1mm 霍奇金和朋友科尔用100微米的玻璃毛细管从断端纵向插入枪乌贼的巨大神经纤维，并在细胞外安置参考电极用以测定静息电位和动作电位。 是研究生物电的理想材料 如何操作？ 1.若想通过实验测量枪乌贼神经纤维的静息电位和动作电位。请在下图的电压表选择合适的实验位点（a、b、c点）连接。 图1：测量静息电位和动作电位 图2：只能测量动作电位 三、拓展——膜电位的测量 资料4：乌贼神经细胞轴突电活动实验 连接a、c，无刺激性，可测静息电位。刺激时可测动作电位 连接a、b，无刺激时，指针不偏转，刺激时可测动作电位 三、拓展——膜电位的测量 拓展：膜电位的测量方法及膜电位差变化曲线 膜内外存在离子浓度差，可测量静息电位，起点不为0 两电极位于膜同侧，存在离子浓度相等，测量动作电位起点为0 电位变化与膜内外离子浓度有什么关系？？ 拓展：膜电位的测量方法及膜电位差变化曲线解读 三、拓展——膜电位的测量 三、拓展——膜电位的测量 拓展：膜电位的测量方法及膜电位差变化曲线解读 2.根据膜电位曲线变化图，回答下列问题。 (2)ac段是动作电位产生的过程，其产生的原因是什么？离子进出方式？是否耗能？ (3)ce段是静息电位恢复的过程，其产生的原因是什么？ (1)a点之前代表静息电位，产生的原因是什么？离子进出方式？是否耗能？ K＋外流 不需要消耗能量 协助扩散 Na＋离子通道内流，协助扩散，不消耗能量。 注：当膜电位大于-55mV（阈电位），Na＋离子通道打开，K＋离子通道关闭，膜电位大于+30mV（锋电位），K＋离子通道打开，Na＋离子通道关闭。 K＋外流，协助扩散，不需要消耗能量。 (4)ef段是静息电位恢复的过程，其产生的原因是什么？ 钠钾泵排钠吸钾，主动运输，消耗能量，恢复膜内外离子分布 当膜电位去极化达到某一临界值时，就出现膜上的Na﹢通道大量开放，Na﹢大量内流而产生动作电位，膜电位的这个临界值称为阈电位。在细胞外同时记录到大量神经元的单细胞动作电位脉冲,这种动作电位被称为锋电位(spike)． 刺激 ①a点之前 ——静息电位 ②ac段 ——动作电位的形成 ③ce段 ——静息电位的恢复 3.静息电位和动作电位的产生机制总结 K+外流：协助扩散 Na+内流：协助扩散 Na+-K+泵将流入的Na+泵出膜外，将流出的K+泵入膜内，以维持细胞外Na+浓度高和细胞内K+浓度高的状态 排钠吸钾属于主动运输，需消耗能量 K+外流：协助扩散 ④ef段 —— 一次兴奋完成后，为下次兴奋 做准备 三、拓展——膜电位的测量 2.将神经细胞置于相当于细胞外液的溶液S中，可测得静息电位。给予细胞一个适宜的刺激，膜两侧出现一个暂时性的电位变化，这种膜电位变化称为动作电位。适当升高溶液S中的Na+浓度，测量该细胞的静息电位和动作电位，可观察到（ ）。 A．静息电位值减小 B．静息电位值增大 C．动作电位峰值升高 D．动作电位峰值降低 C 正常海水 低Na+海水 将神经元分别置于正常海水和低Na+海水中，分别测得其静息电位和动作电位如右图 静息电位与Na+无关 对应训练 115 25 3、如图A所示为某一神经元游离的一段轴突，图B是该段轴突神经纤维产生动作电位的模式图，下列叙述正确的是（ ） A.无刺激时，电流表甲、乙测量的是静息电位B.刺激图A中的C处，甲、乙电流表指针发生偏转时间不同，但偏转的次数相同C.图B中ab段由Na+内流引起，该过程需要载体蛋白和ATPD.如果某种药物能使突触后膜上某阴离子通道打开内流，图B中b点值会更高 对应训练 B 有影响 Na+浓度只影响动作电位的峰值， K+浓度只影响静息电位的绝对值 浓度变化 静息电位或动作电位的变化 细胞外Na+浓度增加   细胞外Na+浓度降低 细胞外K+浓度增加 细胞外K+浓度降低   静息电位不变，动作电位的峰值变大 静息电位不变，动作电位的峰值变小 静息电位绝对值变小 静息电位绝对值变大 思考：细胞外液中Na+和K+浓度变化对静息电位和动作电位有影响吗？ 三、拓展——膜电位的测量 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 C 4、下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(　　) 对应训练 兴奋在神经纤维上的传导 膜电位 传导方式 特 点： 静息电位 动作电位 钾离子外流 外正内负 影响因素：钾离子的浓度差 协助扩散 钠离子内流 外负内正 影响因素：钠离子的浓度差 电信号 电流方向 膜内：与兴奋传导方向相同 膜外：与兴奋传导方向相反 双向传导 注：在反射弧中，兴奋是单向传递的 （K+通道开放） （Na+通道开放） 协助扩散 无论何时膜外的Na+浓度高，膜内的K+浓度高 钠钾泵 （主动运输） 知识小结 -55 mV +30mV ① ② ③ ④ 维持膜外Na+浓度高，膜内K+浓度高 Na+浓度→动作电位，K+浓度→静息电位 膜内外离子分布不平衡的状态是动作电位与静息电位产生的离子基础。 课后小练 一、概念检测 1、判断题 (1)神经细胞静息电位形成的主要原因是K＋外流(　　) (2)动作电位形成过程中Na＋内流的方式是主动运输(　　) (3)神经纤维接受刺激产生的兴奋以电信号的形式传导(　　) (4)刺激神经纤维中部，产生的兴奋沿神经纤维向两侧传导(　　) (5)膜内的K＋通过Na＋-K＋泵主动运输排出，导致动作电位的形成(　　) √ × √ √ × 2、有些地方的人们有食用草乌炖肉的习惯，但草乌中含有乌头碱，乌头碱可与神经元上的钠离子通道结合，使其持续开放，从而引起呼吸衰竭、心律失常等症状，严重可导致死亡。下列判断不合理的是（　　） A．食用草乌炖肉会影响身体健康 B．钠离子通道打开可以使胞外的Na+内流 C．钠离子通道持续开放会使神经元处于静息状态 D．阻遏钠离子通道开放的药物可以缓解乌头碱中毒症状 课后小练 C 3、听毛细胞是内耳中的一种顶端具有纤毛的感觉神经细胞。声音传递到内耳中引起听毛细胞的纤毛发生偏转，使位于纤毛膜上的K+通道打开，K+内流而产生兴奋。兴奋通过听毛细胞底部传递到听觉神经细胞，最终到达大脑皮层产生听觉。下列说法错误的是（ ） A. 静息状态时纤毛膜外的K+浓度低于膜内 B. 纤毛膜上的K+内流过程不消耗ATP C. 兴奋在听毛细胞上以电信号的形式传导 D. 听觉的产生过程不属于反射 课后小练 A 二、拓展应用 4、枪乌贼的神经元是研究神经兴奋的好材料。研究表明，当改变神经元轴突外Na＋浓度的时候，静息电位并不受影响，但动作电位的幅度会随着Na＋浓度的降低而降低。 (1)请对上述实验现象作出解释。 静息电位与神经元内的K+ 外流相关而与Na+ 无关，所以神经元轴突外Na+ 浓度的改变并不影响静息电位。动作电位与神经元外的Na+ 内流相关，细胞外Na+ 浓度降低，细胞内外Na+ 浓度差变小，Na+ 内流减少，动作电位值下降 课后小练 二、拓展应用 4、枪乌贼的神经元是研究神经兴奋的好材料。研究表明，当改变神经元轴突外Na＋浓度的时候，静息电位并不受影响，但动作电位的幅度会随着Na＋浓度的降低而降低。 (2)如果要测定枪乌贼神经元的正常电位，应该在何种溶液中测定?为什么? 要测定枪乌贼神经元的正常电位，应在钠钾离子浓度与内环境相同的环境中进行。因为体内的神经元处于内环境之中，其钠钾离子具有一定的浓度，要使测定的电位与体内的一致，也就必须将神经元放在钠钾离子浓度与体内相同的环境中 课后小练 Lavf58.29.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.7.45 Lavf57.62.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.6.6 Lavf58.20.100 vid:v0200fg10000ck79bcrc77u6gkljn4pg Lavf58.28.100 $$