第2章 第3节 第1课时 兴奋在神经纤维上的传导（Word教参）-【步步高】2024-2025学年高二生物选择性必修1 稳态与调节学习笔记（人教版）京津琼粤浙渝鄂闽云晋皖桂贵甘豫新青宁蒙藏陕川

本高中生物学讲义聚焦兴奋在神经纤维上的传导，以神经冲动的电信号本质为起点，通过科学史资料（如枪乌贼轴突实验、微电极技术）构建探究脉络，逐步阐明静息电位（K⁺外流）与动作电位（Na⁺内流）的产生机制，及兴奋传导的局部电流方向与双向性。 以科学史为主线整合资料分析、任务探讨等活动，引导学生基于证据推导结论，培养科学思维与探究实践能力，渗透结构与功能观。配套膜电位曲线解读、离子浓度影响分析及分层练习题，课中助力教师引导探究，课后便于学生巩固查漏。

第3节　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 [学习目标]　1.阐明静息电位和动作电位产生的机制。2.阐述兴奋在神经纤维上的产生及传导机制。 1．神经冲动 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。 2．传导过程 判断正误 (1)兴奋部位的膜内侧发生的变化是由负电位变为正电位(　　) (2)兴奋部位的膜内外发生的变化是从外正内负变为外负内正(　　) (3)兴奋部位的膜内的电位为正电位(　　) 答案　(1)√　(2)√　(3)√ 任务：探讨兴奋在神经纤维上产生和传导的原理 1．1820年电流计应用于生物电研究，在蛙神经外侧连接两个电极，并将它们连接到一个电表上。随后刺激蛙神经一侧，并在刺激的同时记录电表的电流大小和方向，结果如图所示。该项实验证明：兴奋在神经纤维上以电信号的形式传导，兴奋发生位置电位低于静息位置(填“高于”或“低于”)。 2．为什么神经纤维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？这就需要测量轴突所在细胞膜两侧的电位差，即将一个电极插入轴突内部，这要求电极的直径非常细且不能损伤细胞。 资料1：1936年，英国解剖学家杨(J.Z.Young)发现了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。 资料2：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。 资料3：1939年，赫胥黎和霍奇金将电位计的一个电极刺入细胞膜，而另一个电极留在细胞膜外。瞬间记录仪上出现了一个电位跃变。 据图文资料分析，可得出结论为：未受到刺激时，细胞膜内外存在着电位差，膜内比膜外低45 mV。 3．探究静息电位的产生原因 据以下资料可知：静息电位形成的原因是K＋向膜外(填“内”或“外”)跨膜转运，跨膜运输的方式是协助扩散。 资料4：无机盐离子是细胞生活所必需的，但这些无机盐离子带有电荷，不能通过自由扩散穿过磷脂双分子层。 资料5：神经细胞内外部分离子浓度。 组分 细胞内浓度(mmol/L) 细胞外浓度(mmoL/L) Na＋ 5～15 145 K＋ 140 5 Cl－ 5～15 110 带负电的蛋白质 高 低 资料6：1942年，美国科学家Cole和Curtis发现当细胞外K＋浓度提高时，静息电位减小；当细胞外K＋浓度等于细胞内K＋浓度，静息电位为0；继续提高细胞外K＋浓度会逆转静息电位。 4．如图是赫胥黎和霍奇金记录的给予刺激后枪乌贼轴突的电位变化。 请描述结果：刺激会使受刺激处膜电位发生反转，由－45_mV变为＋40_mV。 5．探究动作电位形成的原因：据资料5、7、8可知，动作电位形成的原因是Na＋向膜内(填“内”或“外”)跨膜转运，跨膜运输的方式是协助扩散。 资料7：1949年，霍奇金和卡茨用不含Na＋的等渗透压的右旋糖代替海水，在两分钟之内，动作电位消失，而加含Na＋的海水后，在一分半钟左右恢复了原有的动作电位。细胞外Na＋浓度如果增加，也可以加快动作电位的上升速度、加大动作电位的幅度。 资料8：1951年和1950年剑桥大学和哥伦比亚大学的科学家分别用同位素(K42、Na24)验证了K＋和Na＋的分布，并证明动作电位时Na＋内流。 6．分析兴奋在离体神经纤维上的传导方向：如果在神经纤维中间给予刺激，兴奋会如何传导？ (1)图中膜内、外都会形成局部电流，请说出它们的电流方向(用字母和箭头表示)。 提示　膜内的电流方向为a←b→c，膜外的电流方向为a→b←c。 (2)在此情况下兴奋传导的方向是怎样的(用字母和箭头表示)? 提示　兴奋传导的方向为a←b→c。 (3)根据(1)和(2)，分析兴奋传导的方向与哪种电流方向一致？兴奋的传导有什么特点？ 提示　兴奋传导的方向与膜内局部电流方向一致。兴奋传导的特点为双向传导。 1．神经纤维上膜电位差变化曲线解读 2．细胞外液中Na＋、K＋浓度改变对电位的影响 项目 静息电位 动作电位峰值 Na＋增加 不变 增大 Na＋降低 不变 变小 K＋增加 变小 不变 K＋降低 增大 不变 3.膜电位的测量方法 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 1．如图是兴奋在神经纤维上产生和传导的示意图。下列说法与图示相符的是(　　) A．图中兴奋部位是b和c B．图中弧线最可能表示局部电流方向 C．图中兴奋传导的方向是c→a→b D．兴奋传导方向与膜外局部电流方向一致 答案　B 解析　兴奋部位的电位为动作电位，即内正外负，所以兴奋部位是a，A错误；正电荷移动的方向为电流的方向，因此图中弧线最可能表示局部电流方向，B正确；兴奋的传导方向与膜内局部电流方向一致，与膜外局部电流方向相反，因此图中兴奋传导的方向是c←a→b，C、D错误。 2．如图是某神经纤维动作电位的模式图，下列叙述错误的是(　　) A．a点时膜两侧的电位表现为外正内负 B．ac段Na＋大量内流，需要转运蛋白的协助 C．改变细胞外液中的Na＋浓度可使c点数值发生变化 D．ce段Na＋通道多处于开放状态，Na＋大量外流 答案　D 解析　ce段为静息电位的恢复，此阶段K＋通道多处于开放状态，K＋大量外流，Na＋通道多处于关闭状态，D错误。 [分值：100分] 第1～7题，每题6分；第8～11题，每题7分，共70分。 题组一　兴奋在神经纤维上传导的过程 1．当神经细胞处于静息状态时，下列有关细胞内外K＋和Na＋的分布特征的说法，正确的是(　　) A．细胞外Na＋浓度高于细胞内，K＋相反 B．细胞外Na＋浓度低于细胞内，K＋相反 C．细胞外K＋和Na＋浓度均高于细胞内 D．细胞外K＋和Na＋浓度均低于细胞内 答案　A 解析　神经细胞内K＋浓度明显高于细胞外，而Na＋浓度比细胞外低。静息时，细胞膜主要对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，A正确。 2．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．①② B．③④ C．②③ D．①③ 答案　A 解析　静息时，膜电位为内负外正；兴奋时，膜电位为内正外负。 3．下列关于神经纤维上兴奋传导的叙述，错误的是(　　) A．兴奋的产生是Na＋向膜内流动的结果 B．神经纤维上以局部电流的方式传导兴奋 C．兴奋沿神经纤维的传导过程不需要消耗能量 D．兴奋的传导依赖于细胞膜对离子通透性的变化 答案　C 解析　兴奋在神经纤维上传导时需要钠钾泵维持细胞内外钠钾离子的平衡，消耗能量，C错误。 4．如图表示某时刻神经纤维膜电位状态，下列叙述错误的是(　　) A．丁区是Na＋内流所致 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可能是从左到右，也可能是从右到左 答案　A 解析　丁区膜电位表现为内负外正，是K＋外流所致，A错误；图示中乙区膜电位为内正外负，则乙区为兴奋部位，甲区、丙区和丁区都有可能刚恢复为静息电位，因此神经冲动的传导方向可能是从左到右，也可能是从右到左，B、D正确。 5．(2023·武汉高二期末)如图表示枪乌贼离体神经纤维在Na＋浓度不同的两种海水(正常海水、低Na＋海水)中受刺激后的膜电位变化情况。下列叙述错误的是(　　) 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 答案　C 解析　曲线a受刺激后膜内电位上升超过横轴，变为正值，恢复静息电位后又变为负值，完全符合动作电位曲线图，代表正常海水中膜电位的变化，A正确；a、b两条曲线的起点与终点的膜电位值相同，则说明两种海水中神经纤维的静息电位相同，B正确；不论是低Na＋海水，还是正常海水，静息状态都是膜外Na＋浓度高于膜内，C错误，D正确。 题组二　膜电位的测定及相关曲线分析 6．如图表示离体的神经纤维，下列说法正确的是(　　) A．在a处刺激，兴奋传到b处时，b处膜电位为外负内正 B．在a处刺激，兴奋传到d处时，电流表指针指向零 C．神经纤维上，膜内局部电流方向与兴奋传导方向相反 D．未刺激时，神经纤维依靠Na＋内流维持静息电位 答案　A 解析　在a处刺激，由于电流表的两极分别在膜内外，故兴奋传到d处时，膜内外有电位差，指针向右偏转，B错误。 7．测量与记录蛙坐骨神经受刺激后的电位变化过程如图①→③所示，其中②③的指针偏转到最大。下列叙述错误的是(　　) A．若刺激点位于图①甲电极的左侧，电位变化过程为①②①③① B．若刺激点位于图①甲、乙电极之间且靠近甲电极处，电位变化过程为①③①②① C．图③中甲电极处的电位为动作电位，乙电极处的电位为静息电位 D．静息状态如图①所示，甲、乙处发生K＋外流，且方式为协助扩散 答案　A 解析　若刺激点位于图①甲电极的左侧，兴奋先传到甲处，形成外负内正的动作电位，此时乙处是外正内负的静息电位，因此电流表如图③，随后恢复静息电位，电流表如图①，当兴奋传到乙处，乙处形成外负内正的动作电位，此时甲处恢复为外正内负的静息电位，电流表如图②，随后乙处恢复静息电位，电流表如图①，因此电位变化过程为①③①②①，A错误；若刺激点位于图①甲、乙电极之间且靠近甲电极处，兴奋先传到甲处，然后传到乙处，电位变化过程和A选项相同，为①③①②①，B正确；图3中电流表指针向左偏转，说明乙处是外正内负的静息电位，甲处是外负内正的动作电位，C正确；静息状态如图①所示，甲、乙处都是外正内负的静息电位，形成原因是K＋外流，是顺浓度梯度运输，方式为协助扩散，D正确。 8．如图为某神经纤维局部示意图，其中b、d是灵敏电流计接头，均接在细胞膜外表面，且bc＝cd。下列相关叙述正确的是(　　) A．若将b接入神经细胞膜内侧，测得的数值为兴奋时的膜电位 B．刺激a点，电流计指针偏转两次，说明兴奋在神经纤维上进行双向传导 C．刺激c点，b、d点处不发生电位变化，电流计不发生偏转 D．刺激d点，兴奋以电信号形式传导至c点，引起c点Na＋内流 答案　D 解析　若将图中的b接入神经细胞膜内侧，测得的数值可反映静息电位大小，A错误；刺激a点，电流计指针偏转两次，只能说明兴奋向右侧传导，不能说明兴奋在神经纤维上双向传导，B错误；刺激c点，由于bc＝cd，电信号同时到达b、d点处，电流计指针不发生偏转，但b、d点处发生电位变化，C错误；刺激d点，兴奋以电信号形式传导至c点，引起c点产生动作电位，Na＋大量内流，D正确。 9．(2024·曲靖高二调研)某神经纤维在产生动作电位的过程中，钠、钾离子通过离子通道的流动造成的跨膜电流如图所示(内向电流是指阳离子由细胞膜外向膜内流动，外向电流则相反)。下列说法正确的是(　　) A．a点之前神经纤维膜内外之间没有阳离子的流动 B．ac段钠离子通道开放，ce段钾离子通道开放 C．c点时恢复静息电位 D．cd段钾离子排出细胞需要消耗ATP 答案　B 解析　据图分析，a点之前神经纤维处于静息状态，此时有钾离子外流，A错误；ab段与bc段均是内向电流，此时都是钠离子通道开放，ce段恢复静息电位，发生钾离子外流，钾离子通道开放，B正确；c点时神经纤维处于动作电位，此时膜内为正电位，膜外为负电位，ce段钾离子外流恢复静息电位，C错误；cd段钾离子通过钾离子通道蛋白排出细胞，是协助扩散，不需要消耗ATP，D错误。 10．如图表示某一神经细胞动作电位和静息电位相互转变过程中离子运输的途径。该细胞受到刺激时，通过④途径运输离子，形成动作电位。下列说法正确的是(　　) A．由题图可知，②③途径属于主动运输 B．④途径的发生使膜内◆离子浓度高于膜外 C．正常情况下，▲离子的细胞外浓度高于细胞内 D．静息时由于①途径的作用，膜电位为内正外负 答案　A 解析　由题图可知，②③途径需要载体蛋白并消耗能量，属于主动运输，A正确；无论是静息电位还是动作电位时，膜外Na＋(即图中◆)的浓度始终高于膜内，B错误；正常情况下，K＋(即图中▲)的细胞内浓度高于细胞外，C错误；静息时，由于①途径的作用，膜电位为内负外正，D错误。 11．图甲为某一种神经纤维示意图，将一电流表的a、b两极置于膜外，在X处给予适宜刺激，测得电位变化如图乙。下列说法不正确的是(　　) A．静息时，可测得a、b两处的电位相等 B．t1～t2、t3～t4电位的变化分别是Na＋内流和K＋外流造成的 C．兴奋传导过程中，a、b间膜内电流的方向为a→b D．兴奋从a点到b点的传导过程消耗能量 答案　B 解析　由于电流表的a、b两极都置于膜外，静息时a、b两处的电位相等，都是正电位，A正确；t1～t2、t3～t4的电位变化都是峰值之前由Na＋内流造成的，峰值之后由K＋外流造成的，方向相反是因为电流相反，B错误；兴奋的传导方向和膜内电流传导的方向一致，故兴奋传导过程中，a、b间膜内电流的方向为a→b，C正确；兴奋从a点到b点的传导过程，钠－钾泵吸钾排钠需要消耗能量，D正确。 12．(16分)神经纤维受到刺激时，主要是Na＋内流，从而使膜内外的电位由外正内负变为外负内正，恢复静息电位时，主要是K＋外流，从而使膜电位恢复为外正内负，这一周期的电位变化称为动作电位，如图1所示。在神经纤维上分别取三个电位差测量点，电流计的两个电极分别位于测量点的细胞膜外侧和内侧，FE＝FG，如图2所示。请回答下列问题： (1)神经纤维在静息状态下，膜内K＋浓度________(填“大于”或“小于”)膜外K＋浓度，从图1可知，膜内外的电位差为______mV。 (2)图1中A点时膜外Na＋浓度________(填“大于”或“小于”)膜内Na＋浓度。AC段为产生动作电位，此时Na＋内流的方式为______________；CD段为恢复静息电位，此时K＋外流的方式为________________。 (3)图2中，受刺激后，F点处神经纤维的膜内电位状态变化是__________________________。 (4)兴奋在FE、FG段传导的时间依次为t1、t2，两者的大小是t1__________(填“＝”“<”或“>”)t2，原因是______________________________________________________________ _____________________________________________________________________________。 答案　(1)大于　－60　(2)大于　协助扩散　协助扩散　(3)由负电位变为正电位　(4)＝　FE＝FG，兴奋在同一神经纤维上等距传导，所用时间相同 解析　(1)Na＋主要存在于细胞外，K＋主要存在于细胞内。在静息状态时，膜内K＋浓度大于膜外K＋浓度。(2)A点时膜外Na＋浓度大于膜内Na＋浓度，AC段产生动作电位，Na＋内流的方式为协助扩散，CD段为恢复静息电位，K＋外流的方式为协助扩散。(4)由题干信息可知，FE和FG的距离相等，且在同一神经纤维上，神经传导所用时间相同。 13．(14分)取出枪乌贼完整无损的粗大神经纤维并置于适宜的环境中，进行如图1所示的实验。G表示灵敏电流计，a、b为两个微型电极，阴影部分表示开始产生局部电流的区域。 请据图分析回答下列问题： (1)静息状态时的电位，A侧为__________(填“正”或“负”)，B侧为________(填“正”或“负”)。这时膜外__________浓度高于膜内，膜内__________浓度高于膜外。 (2)图中灵敏电流计现在测不到神经纤维膜的静息电位，要怎样改进才能测到静息电位？________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)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(如图1所示)，电流计的指针会发生两次方向________(填“相同”或“相反”)的偏转。 (4)如图2是神经纤维上某点静息时的电位，在图中画出它受刺激以后的电位变化。 答案　(1)正　负　Na＋　K＋　(2)把灵敏电流计的一个电极插入膜内　(3)相反　(4)如图所示 解析　(1)静息状态时，细胞膜两侧电位表现为“外正内负”，神经细胞膜内K＋浓度高于膜外，而膜内Na＋浓度比膜外低。(2)若要测静息电位，两电极应分别置于神经纤维膜的内侧和外侧。(3)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，可知此时灵敏电流计的指针向右偏转；同理，当a点兴奋时，b点已恢复静息电位，此时灵敏电流计的指针向左偏转，因此，电流计指针会发生两次方向相反的偏转。(4)受到刺激后，神经细胞膜的通透性发生改变，对Na＋的通透性增大，Na＋大量内流，形成内正外负的动作电位，图见答案。 学科网（北京）股份有限公司 $