2.3.1神经冲动的产生和传导(第1课时) 课件-2025-2026学年高二生物上学期选择性必修1人教版（2019）

该高中生物学课件聚焦神经冲动在神经纤维上的产生与传导，通过“问题探讨”中运动员起跑反应的信号传导等情境导入，联系反射弧结构作为前导支架，衔接静息电位、动作电位及离子运输机制等核心内容。 其亮点在于融合实验与科学史，如蟾蜍坐骨神经标本实验和赫胥黎研究，结合灵敏电流计测量与膜电位曲线解读，以离子流动分析培养科学思维，落实生命观念，通过“兴奋传导方向是否双向”等问题驱动探究实践，助力学生深化机理理解，帮助教师高效落实核心素养教学。

第二章 神经调节 第3节 神经冲动的产生和传导（1） 1 目标 01 02 03 通过反射弧中兴奋传导和传递特点的分析，提升实验设计及对实验结果分析的能力。（科学探究） 通过分析电位产生的机理及相关曲线的解读，养成科学思维的习惯。 （科学思维） 通过思考讨论“兴奋在神经纤维上的传导”说明了兴奋的产生及传导过程。 (生命观念) 教学目标 重难点 1.重点:神经冲动在神经纤维上的产生过程，包括静息电位与动作电位的形成机制。 2.难点:动作电位的产生与传导过程中离子通道的开闭机制，学生需理解钠、钾离子通道在不同状态下的变化。 2 1、运动员从听到发令枪响到做出起跑反应，信号的传导经过了哪些结构？ 2、短跑比赛中关于“抢跑”规定的科学依据是什么？ 神经中枢 中枢神经系统 外周神经系统 效应器 感受器 传入神经 传出神经 问题探讨 蟾蜍坐骨神经腓肠肌标本制作实验 1786年 4 b a （2） 一、兴奋在神经纤维上的传导 a b （1） a b （3） + + - + + - a b （4） + + 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。 1、传导形式 ——电信号（神经冲动） 电流计于1820年应用于生物电研究。科学家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 那么，为什么神经发生兴奋的位置电位会低于静息位置呢？在发生兴奋的位置是否存在跨生物膜的电荷转移呢？ 据此，科学家提出的“生物电”发生的膜学说。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无机盐离子的透过性，进而调节细胞膜两侧电位差引发的。 5 灵敏电流计（人为改装）测量细胞膜电位 灵敏电流计（人为改装）：指针指向电流方向（正电荷→负电荷） a b （1） a b （2） a b （3） a b （4） 1936年，英国解剖学家杨发现一种软体动物枪乌贼的神经中单根轴突的直径异常粗大，是研究电生理的优秀生物材料。同时，微电极和膜片钳技术的长足发展使得科学将微电极直接插入神经纤维内成为可能。这幅图展示的就是插入枪乌贼轴突的微电极。 6 插入枪乌贼轴突的微电极局部放大图片 可见微电极内部中空，充满生理盐水 赫胥黎和霍奇金 研究装置示意图 0 mV -45 mV 电极刺穿 细胞膜前 电极刺穿 细胞膜后 静息状态下电位确认 1939年，赫胥黎和霍奇金使用微电极技术和细胞内记录的方法研究枪乌贼神经细胞轴突膜两侧的电位变化。他们将枪乌贼的神经元轴突进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，并将两个电极联通，监测电位变化。赫胥黎和霍奇金使用的微电极直径很细，而且中空，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，两个电极之间没有点位差异；但该电极刺穿细胞膜后，两个电极之间出现了45 mV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。在此基础上，赫胥黎和霍奇金开始探究兴奋在轴突上的产生机制。 7 一、兴奋在神经纤维上的传导 钠钾泵（也称钠钾转运体）：蛋白质分子，进行钠离子和钾离子之间的交换。每消耗一个ATP分子，逆电化学梯度泵出3个Na+和泵入2个K+。保持膜内高K+ ，膜外高Na+的不均匀离子分布。这种情形下的跨膜运输属于主动运输。 膜外 膜外 膜内 膜内 一、兴奋在神经纤维上的传导 K+通道 Na+通道 钠钾泵 离子 细胞质中浓度（mM） 细胞外液中浓度（mM） 比值 膜对离子通透性 Na+ 15 150 1:10 很小 K+ 150 5 30:1 大 生物膜对无机离子的跨膜运输有协助扩散和主动运输两种方式。协助扩散的通路称离子通道，主动运输的离子载体称为离子泵。 经过测定，神经细胞膜内外都有带电离子存在，膜外Na+和Cl-多，膜内K+和蛋白质多，离子的这种分布特点和神经细胞膜上的蛋白质密切相关。 离子通道 一、兴奋在神经纤维上的传导 在未受刺激时，神经纤维处于静息状态。这是，由于细胞膜内外特异的离子分布特点，细胞膜两侧的电位表现为内负外正，这称为静息电位 静息时，由于膜主要对K+有通透性，造成K+外流，使膜外阳离子浓度高于膜内，这是大多数神经细胞产生和维持静息电位的主要原因。 K+通道 Na+通道 钠钾泵 2、传导过程 静息时 K+通道 Na+通道 钠钾泵 一、兴奋在神经纤维上的传导 当神经纤维一部分受到刺激时，这个部位的膜两侧出现暂时性的电位变化，外正内负变为内正外负，这称为动作电位 受到刺激时，由于膜对Na+的通透性增加，造成Na+内流，使兴奋部位膜内侧阳离子浓度高于膜外侧，表现为内正外负，与相邻部位产生电位差。 2、传导过程 一、兴奋在神经纤维上的传导 当神经纤维某一部位受到刺激时，这个部位的膜两侧出现暂时性的电位变化，由内负外正变为内正外负。而邻近的未兴奋部位仍然是外负内正。在兴奋部位和未兴奋部位之间由于电位差的存在而发生电荷的移动，这样就形成了局部电流。 2、传导过程 一、兴奋在神经纤维上的传导 这种局部电流又刺激相近的未兴奋部位，发生同样的电位变化， 如此进行下去，将兴奋向前传导，后方又恢复静息电位。 2、传导过程 13 一、兴奋在神经纤维上的传导 2、传导过程 （1）静息电位 （2）兴奋电位 内负外正 内正外负 K+外流 Na+内流 协助扩散 协助扩散 一、兴奋在神经纤维上的传导 4、传导特点 刺激 兴奋传导方向 （1）膜外 （2）膜内 未兴奋→兴奋 兴奋→未兴奋 ——双向传导 3、电流方向 ——内同外反 思考：兴奋一定是双向传导的吗？ 未兴奋区 兴奋区 未兴奋区 （刺激离体的神经纤维上任意一点） 局部电流方向 局部电流方向 兴奋在神经纤维上的传导方向 （1）在离体的神经纤维上： （2）在反射过程中： 传导方向：__________ 双向传导 传导方向：__________ 单向传导 在反射过程中，兴奋只能从感受器传到效应器，因此，传导方向是单向的。 以上是用蛙的坐骨神经实验，是离体生物神经纤维。那么兴奋在生物体内的反射弧上的传导是也双向传导的吗？ 在中部刺激神经纤维，会形成兴奋区，而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，因此可以双向传导。 在反射过程中，总是从感受器一端接受刺激产生兴奋然后传向另一端，再加上反射弧中的突触也决定兴奋在反射弧中的传导方向是单向的。 16 1、传导形式 兴奋在神经纤维上是以 的形式传导的。 2、膜电位 静息状态时膜电位是 ，而兴奋时是 。 3、传导过程 在兴奋部位和未兴奋部位之间由于存在电位差而发生__________而形成 。 4、局部电流方向 膜外由 部位流向 部位；膜内由 部位流向 部位 5、传导特点 ，兴奋传导方向与 的局部电流的方向相同 膜电位变化 一、兴奋在神经纤维上的传导 局部兴奋 局部电流 刺激未兴奋区 刺激 兴奋沿神经纤维传导 局部电流 电信号 内负外正 内正外负 双向传导 未兴奋 兴奋 兴奋 未兴奋 膜内 电荷移动 膜电位的测量 霍奇金和赫胥黎记录的枪乌贼动作电位 刺激 ①a点之前 —— 静息电位 主要是K+外流 (协助扩散), 膜电位：内负外正。 ②ac段 —— 动作电位的形成 Na+大量内流 (协助扩散), 膜电位：内正外负。 ③ce段 —— 静息电位的恢复 K+大量外流,膜电位恢复为静息电位。 ④ef段 钠钾泵活动加强，泵入K＋泵出Na＋ Na+-K+泵通过将Na+泵出膜外,将K+泵入膜内,以维持膜外高Na+膜内高K+的状态,为下一次兴奋准备。(主动运输) 膜电位变化曲线解读 —— 一次兴奋完成后 以上是用蛙的坐骨神经实验，是离体生物神经纤维。那么兴奋在生物体内的反射弧上的传导是也双向传导的吗？ 19 注意： 膜电位变化曲线解读 （1）整个过程中，钠钾泵一直在发挥作用，并非只有ef段； （2）整个过程中，K+始终膜内多于膜外，Na+始终膜外多于膜内； （3）整个过程中，动作电位的传导不会随着时间而衰减。 20 反射的发生不仅需要完整的反射弧，还需要适宜的刺激。如图所示将刺激强度逐渐增加(S1～S8)，一个神经细胞细胞膜电位的变化规律： ①刺激要达到一定的强度才能诱导神经细胞产生动作电位； 资料分析： ②刺激强度达到S5以后，随刺激强度增加动作电位基本不变。 21 膜电位的影响因素 浓度变化 静息电位绝对值 动作电位峰值 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 不变 不变 变小 增大 不变 不变 增大 变小 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？ K+浓度只影响静息电位的绝对值。 Na+浓度只影响动作电位的峰值， (1)静息电位主要是K+的平衡电位，就是K+向胞外扩散达到平衡时的膜电位。由于此时细胞膜对Na+等离子的通透性极小，所以Na+浓度的改变不会影响静息电位。 (2)动作电位主要是Na+的平衡电位，就是Na+向胞内扩散达到平衡时的电位。由于此时细胞膜对K+等离子的通透性极小，所以K+浓度的改变不会影响动作电位。 22 兴奋传导与电流表指针偏转问题 （1）刺激a点： 点先兴奋， 点后兴奋，电表发生 次相反偏转 (即先向 后向 偏转) （2）刺激c点：b、d点 ，电表 发生偏转。 b d 两 同时兴奋 不 左 右 下图是测量神经纤维膜电位变化情况的示意图，回答下列问题。 （4）刺激a点兴奋时：膜电位变化是 ， 膜内电位变化是 。 内负外正→内正外负 由负电位变为正电位 （3）刺激bc之间的一点： 点先兴奋， 点后兴奋，电表发生 次相反偏转 b d 两 23 $