2.3.1神经冲动的产生和传导课件-2025-2026学年高二上学期生物人教版选择性必修1

该高中生物学课件聚焦“神经冲动的产生和传导”主题，以短跑比赛抢跑规则为问题探讨情境导入，引导学生分析反射弧结构，进而通过伽尔瓦尼生物电发现、霍奇金与赫胥黎静息电位及动作电位实验等科学史素材，构建从兴奋现象到离子机制的知识脉络，以系列实验为学习支架帮助学生理解核心概念。 其亮点在于以科学史实验为主线，通过伽尔瓦尼“无金属收缩实验”、霍奇金微电极技术测定电位等经典研究，培养学生基于证据的科学思维与探究实践能力；结合Na⁺-K⁺泵、离子通道等结构与静息电位、动作电位形成的关系，渗透生命观念中的结构与功能观；通过乌头碱中毒案例分析等拓展应用，强化健康意识与态度责任。学生能在实验探究中提升逻辑推理能力，教师可依托实验链高效突破重难点，深化对神经调节机制的理解。

2.3.1 神经冲动的产生和传导 ——赵沐溪 问题探讨 2 短跑赛场上，发令枪一响，运动员会像离弦的箭一样冲出。现在世界短跑比赛规则规定，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？ 2、短跑比赛规则中关于“抢跑”规定的科学依据是什么？ 经过了耳（感受器）、传入神经、神经中枢（大脑皮层—脊髓）、传出神经、效应器（肌肉）等结构。 人类从听到声音到作出反应起跑需要经过反射弧的各个结构，完成这一反射活动所需的时间至少需要0.1 s。 2 运动员从听到枪响到作出起跑的反应，完成一系列反射活动。运动员听到信号后神经产生兴奋，兴奋的传导经过了一系列的结构。 兴奋在神经纤维上的传导 兴奋在反射弧中是以什么形式传导的？它又是怎样传导的呢？ 神经中枢 传入神经 传出神经 感受器 效应器 兴奋在神经元之间的传递 科学实验1：生物电的发现 （1）1786年的一个偶然发现。伽尔瓦尼发现挂在铁栅栏铜钩上的蛙腿在风的吹动下左右摇晃。蛙腿一碰到铁栅栏，就能观察到较明显的收缩。伽尔瓦尼认为这种收缩是肌肉内部流出来并沿着神经到达肌肉表面的电流刺激引起的，即动物的组织可以产生生物电。 意大利医生、生理学家 伽尔瓦尼 蛙坐骨神经腓肠肌标本 （2）伏特等科学家认为伽尔瓦尼的发现可能是铜铁两种金属的电位差引起的，而不是所谓的生物电。 科学实验1：生物电的发现 意大利医生、生理学家 伽尔瓦尼 蛙坐骨神经腓肠肌标本 科学实验1：生物电的发现 （3）为此，伽尔瓦尼和他的后继者设计了“无金属收缩实验”，在蛙坐骨神经-腓肠肌标本中，截断蛙的坐骨神经可以导致蛙腓肠肌收缩，这一过程中，没有涉及任何金属，说明生物电确实存在。 意大利医生、生理学家 伽尔瓦尼 蛙坐骨神经腓肠肌标本 兴奋是指动物体或人体内的某些组织（如神经组织）或细胞受外界刺激后，由相对静止状态变为显著活跃状态的过程。 （4）电流计于1820年应用于生物电研究。在蛙神经外侧连接两个电极。随后，刺激蛙神经一侧，并在刺激的同时记录电流表的电流大小和方向。 图1：神经上电极所在的a点和b点均没有兴奋，故电流表不显示电流，说明神经表面各处电位相等。 科学实验1：生物电的发现 图2：当兴奋传导至a点时，b点所在位置还没有兴奋，可见电流表出现明显偏转，电流从b点流向a点，说明a点比b点点位低。 科学实验1：生物电的发现 图3：兴奋经过a点未到达b点时，神经上电极所在的a点和b点均没有兴奋，故电流表不显示电流，说明神经表面各处点位相等。 科学实验1：生物电的发现 图4：当兴奋传导至b点时，a点所在位置已经由兴奋恢复到静息状态。此时，电流表出现明显偏转，电流从a点流向b点，说明b点比a点点位低。 科学实验1：生物电的发现 科学实验1：生物电的发现 图5：当兴奋传导至b点右侧时，兴奋已经传导过a点和b点。此时a点和b点均为静息状态，电流表不显示电流，没有点位差异。 在神经系统中，兴奋是以电信号的形式沿着神经纤维传导，神经兴奋发生位置电位低于静息电位。 （1）1846年，著名的德国化学家李比希发现，肌肉组织比血液含有的K+浓度高的多，而Na+则低的多。 （2）1849年，德国著名生理学家和心理学家缪勒的学生Reymond发现，当刺激电压施加到神经细胞表面上时会减少，呈现“负电的电波”。这样在神经细胞膜处就存在2种电位，一种是在未受刺激情况下的静息电位，另一种就是在刺激下产生的动作电位。 科学实验2：“生物电”发生的膜学说P32 （3）1890年，著名的德国化学家奥斯特瓦尔德则用膜的通透性理论来解释这种现象。 因为生物膜具有选择透过性，神经兴奋的产生可能是细胞膜调节K+或者其他离子的透过性，进而调节细胞膜两侧电位差引发的。 提示：使用蛙的神经是不可以的。神经元轴突呈纤维状，外表大都有一层髓鞘，构成神经纤维。许多神经纤维集结成束，外面包有一层包膜，构成一条神经。因此，如果要观察神经兴奋是否有跨生物膜的电荷转移，需要测量轴突所在细胞膜两侧的电位差。这需要将一个电极插入轴突内部，要求电极的直径非常细且不能损伤细胞。这在当时是一个难以逾越的技术难题。 思考：为什么不用电流计和蛙的神经细胞进一步研究呢？ 科学实验2：“生物电”发生的膜学说P32 1939年，英国生理学家霍奇金和赫胥黎用他们发明的微电极技术和细胞内记录的方法测得枪乌贼神经细胞轴突膜两侧的静息电位相差60mV。这一结果与应用Nernst公式计算的钾平衡电位（-75mV）接近，有力地支持了“膜学说”。 科学实验3：静息电位的确认P32 ①将枪乌贼的神经元轴突浸入盛有生理盐水的水槽。将其中一个电极刺入细胞膜，而另一个电极留在细胞膜外，并将两个电极连通，检测电位变化。 ②微电极直径很细，且中空，内部充满生理盐水在维持神经元轴突原有生物活性的前提下能够有很好的导电性，便于后续的实验探究。 实验发现：在需要插入枪乌贼轴突的微电极刺穿轴突细胞膜前，两个电极之间没有电位差异；但该电极刺穿细胞膜后，两个电极之间出现了45mV的电位差异，且枪乌贼轴突细胞膜内电位低于枪乌贼轴突细胞膜外电位。确认了内负外正的静息电位。 ①：Na+-K+泵：主动运输，使膜外积累Na+，膜内积累K+。 一种载体和三种通道 ②：K+渗漏通道：协助扩散，对钾离子通透。并且一直开放。 ③：电压门控Na+通道：协助扩散，对钠离子离子通透。开放和关闭受膜两侧电压控制。 ④：电压门控K+通道：协助扩散，对钾离子离子通透。开放和关闭受膜两侧电压控制。 静息时，K+通道开放，电位是外正内负（常态，极化） 在静息状态时神经细胞膜内外的电位是怎样的？ 1、静息时，膜处于外正内负的状态 科学实验4：静息电位的形成和维持 2、细胞膜未受刺激时，存在于细胞膜内外两侧的外正内负的电位差称为静息电位，该电位在安静状态始终保持不变。若规定膜外电位为零，则膜内电位即为负值。大多数细胞的静息电位在-10⁓-100mV之间。 3、为什么静息时，膜外能够维持正电位，膜内能维持负电位？ 静息电位：静息状态下细胞膜两侧存在的电位差 胞内高K+，化学梯度驱使其逸出（到膜外），胞内多A-，电梯度吸引其驻留，最后达到电化学平衡。 静息电位：外正内负 ①达到钾离子平衡电位时，膜内K+浓度还是大于膜外K+浓度。 膜内始终K+多。 ②细胞内液和细胞外液电荷平衡是进行正常生命活动必需的条件，所以细胞内外多出的负电荷和正电荷必须吸附在膜内外。这样就形成了外正内负的膜电位。（静息电位，极化状态） 科学实验4：静息电位的形成和维持 1、静息电位是稳定的电位， 如：人的静息电位是-70mV 3、静息电位的形成是否需要消耗能量？ 2、静息电位可以认为是K+的平衡电位。（钾离子向内电位差与钾离子向外的浓度差达到平衡） 科学实验4：静息电位的维持 不需要，静息电位是由钾离子外流形成的，以协助扩散的方式 4、静息电位的维持是否需要消耗能量？ 需要，静息电位的维持需要膜内外的K+浓度差来平衡外正内负的电位差，K+的浓度差由钠钾泵通过主动运输完成。 “膜学说”：静息时细胞膜只对K+有通透性。由于带正电荷的K+顺浓度差向细胞外扩散，相应的负电荷仍留在细胞内，形成了“外正内负”的静息电位。神经受到刺激兴奋时，细胞膜对所有离子都通透，膜两侧电位差瞬间消失形成兴奋。 如果“膜学说”成立，赫胥黎和霍奇金在刺激枪乌贼轴突后，应观察到怎样的电位变化？ 科学实验5：动作电位的发现 科学实验5：动作电位的发现 科学实验5：动作电位的形成 受刺激时，神经细胞膜电位发生快速反转，形成外负内正的电位，之后又快速恢复为外正内负的静息电位。 ①动作电位是瞬时变化的电位。即暂时性的电位变化 ②动作电位的形成包括上升支（a⁓c）和下降支（c⁓e） 26 e-f段 Na+-K+泵 将a-c阶段内流的Na+泵出 将c-e阶段外流的K+泵入 准备接受下一次动作电位的产生 注意：Na+-K+泵每消耗一个ATP，会把3个Na+泵出细胞外， 把2个K+泵入细胞内，以维持细胞内外Na+ 、K+的浓度差。 总结： 动作电位的形成过程 a-c：Na+内流（协助扩散） c-e：K+外流（协助扩散） e-f：泵出Na+,泵入K+（主动运输） 科学实验5：神经冲动在神经纤维上的传导 兴奋以局部电流的形式沿着神经纤维，从受刺激部位向两侧快速传导。 膜外的局部电流与膜内的局部电流方向相反。 膜内外形成局部电流回路。 膜外的局部电流： 科学实验5：神经冲动在神经纤维上的传导 膜内的局部电流： 未兴奋部位→兴奋部位 兴奋部位→未兴奋部位 从受刺激部位向两边传导（离体神经纤维）。 但在生物体内部，完整的反射弧中兴奋的传导是单向的。 （1）双向传导 科学实验5：神经冲动在神经纤维上的传导的特点 与兴奋在神经元之间传递相比，以局部电流形式传导，速度更快 但在生物体内部，完整的反射弧中兴奋的传导是单向的。 （2）传导速度快 科学实验5：神经冲动在神经纤维上的传导的特点 （3）不衰减 兴奋在生物体内、反射弧上传导也是双向的吗？ ②刺激不能发生在神经元的端点 双向传导的前提： ①神经纤维需离体 在生物体内、反射弧上兴奋的传导都是单向的。 1、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钠离子内流 C、钠离子通道持续开放会使神经元持续处于静息状态 D、阻遏钠离子通道开放的药物可以缓解乌头碱中毒症状 C 一、概念检测 1、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钾离子外流相关而与钠离子关系不大，所以神经元轴突外钠离子浓度的改变并不影响静息电位。动作电位与神经元内外的钠离子内流相关，细胞外钠离子浓度降低，细胞内外钠离子浓度差变小，钠离子内流减少，动作电位值下降。 二、拓展应用 1、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。 二、拓展应用 $