内容正文:
课后分层练(五) 兴奋在神经纤维上的传导
(选择题每题5分,非选择题每题15分)
【基础巩固练】
考点一 兴奋在神经纤维上的传导
1.小组在研究神经纤维上兴奋的传导时,进行了下图所示实验,获得了显示屏所示的结果。下列叙述错误的是( )
A.神经纤维的电位变化,是细胞膜的离子通透性发生改变造成的
B.若增大微电极的刺激强度,则位置①或②的峰值不变
C.若已知位置①②之间的距离,则可以得出兴奋的传导速率
D.该实验结果能说明兴奋在神经纤维上是单向传导的
解析:选D。静息电位是细胞膜对K+通透性改变引起的,动作电位是细胞膜对Na+通透性改变引起的,所以神经纤维的电位变化,是细胞膜的离子通透性发生改变造成的,A正确;若增大微电极的刺激强度,膜内外Na+浓度保持不变的情况下,此神经纤维位置①或②上的动作电位的峰值是不变的,B正确;若已知位置①②之间的距离,显示屏上也有时间,根据“传导速率=传导距离÷传导时间”,可以得出兴奋的传导速率,C正确;若想证明兴奋在神经纤维上是单向传导的,需要在刺激点左右两侧分别设置位置①②,位置①②在刺激点同侧不能证明兴奋在神经纤维上是单向传导的,D错误。
2.如图是以蛙的坐骨神经—腓肠肌标本为实验材料,置于一定浓度的Na+和K+溶液中,在b、d处膜外连接一个电流表,分别在a、c、e、f处给予适宜强度的电刺激(c位于b、d的中点)。下列有关叙述错误的是( )
A.分别刺激a、c、e处,都能使腓肠肌发生反射
B.分别刺激a、c、e处,a、e处能使电流表指针发生两次偏转
C.刺激f处,电流表指针发生偏转,可说明腓肠肌存在感受器
D.电流表指针偏转幅度与溶液中的Na+浓度有关
解析:选A。分别刺激a、c、e处均能使腓肠肌收缩,但不能称为反射,反射需要完整的反射弧才能完成,A错误;分别刺激a、e处,兴奋先后到达b、d处,能使电流表指针发生两次偏转,c处位于b、d处的中点,刺激c处,兴奋同时到达b、d处,不会使电流表指针发生偏转,B正确;若刺激f处,电流表指针发生偏转,说明兴奋可以由腓肠肌传递至神经纤维上,表明腓肠肌内存在感受器,C正确;电流表指针偏转幅度与神经纤维上的动作电位峰值大小有关,而动作电位峰值大小与膜内外Na+浓度差有关,因此电流表指针偏转幅度与溶液中的Na+浓度有关,D正确。
3.哺乳动物神经细胞内K+浓度明显高于膜外,而Na+浓度比膜外低,静息状态时,膜电位维持内负外正过程中有K+排出细胞。下列叙述错误的是( )
A.该过程表明,膜两侧K+的浓度差会增大
B.该过程表明,K+排出细胞的方式是被动运输
C.该过程中,神经细胞膜主要对K+有通透性
D.神经细胞受刺激部位的膜电位表现为内正外负
解析:选A。静息状态时,膜电位维持内负外正过程中有K+排出细胞,该过程表明,膜两侧K+的浓度差会减小,A错误;由于神经细胞内K+浓度明显高于膜外,所以静息电位形成过程中,K+排出是顺浓度梯度,方式为被动运输,B正确;静息电位形成主要原因是K+外流,细胞膜对K+的通透性大,所以该过程中,神经细胞膜主要对K+有通透性,C正确;神经细胞受刺激部位Na+内流,产生动作电位,膜电位表现为内正外负,D正确。
考点二 神经纤维上膜电位变化曲线模型
4.如图是某神经纤维动作电位的模式图,下列叙述正确的是( )
A.K+的大量内流是形成静息电位的主要原因
B.c点Na+内流结束,此时膜内Na+浓度高于膜外
C.ce段Na+通道多处于关闭状态,K+通道多处于开放状态
D.动作电位的峰值大小与膜两侧Na+浓度差无关
解析:选C。K+的大量外流是神经纤维形成静息电位的主要原因,A错误;c点Na+内流结束,此时膜内Na+浓度仍低于膜外,B错误;ce段为静息电位的恢复阶段,此时Na+通道多处于关闭状态,K+通道多处于开放状态,表现为K+外流,C正确;动作电位是膜外Na+大量内流形成的,其峰值大小与膜两侧Na+浓度差有关,D错误。
5.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.神经纤维形成静息电位的离子运动不需要消耗ATP
B.bc段Na+大量内流,需要转运蛋白的协助并消耗能量
C.神经纤维置于稍低浓度的Na+溶液中,c点下移
D.神经纤维置于稍高浓度的K+溶液中,a点上移
解析:选B。静息电位形成主要是K+外流,K+外流方式为被动运输,不消耗ATP。题图中bc段为动作电位产生,主要原因是细胞膜上的Na+通道开放,Na+大量内流,方式为协助扩散,不消耗能量,B错误;将神经纤维置于稍低浓度的Na+溶液中,膜内外Na+浓度差变小导致Na+内流量减少,形成的动作电位峰值变小,c点下移,C正确;外界K+浓度高,K+外流受阻,膜内外电位差变小,a点上移,D正确。
6.离体神经纤维某一部分受到适当刺激时,会产生神经冲动。图1表示该部位神经细胞的细胞膜结构示意图,图2表示该部位受刺激前后,膜两侧电位差的变化。下列叙述错误的是( )
A.a点时膜电位的维持,与K+从细胞膜②侧扩散到①侧有关
B.c点后,该刺激部位两侧的神经纤维上都能产生局部电流
C.b→c过程中,大量Na+从细胞膜①侧主动转运到②侧
D.c→e过程中,该神经纤维要消耗ATP
解析:选C。根据糖蛋白的位置可推知①为细胞膜外侧,②为细胞膜内侧。a点时,细胞膜处于静息状态,此时膜电位的维持与K+外流,即K+从②侧扩散到①侧有关,A正确;兴奋在离体神经纤维上以局部电流的方式双向传导,c点后,该刺激部位两侧的神经纤维上都能产生局部电流,B正确;b→c过程为Na+内流引起动作电位产生的过程,该过程中Na+是顺浓度梯度运输的,为被动运输,C错误;c→e段为静息电位的恢复过程,包括K+外流和钠钾泵的工作过程,钠钾泵将Na+泵出细胞,同时将K+泵入细胞,该过程消耗ATP,D正确。
7.在t1、t2、t3时刻分别给予某神经纤维三次强度相同的甲刺激,测得神经纤维电位变化如图所示。回答下列问题:
(1)t1时刻,甲刺激可以引起__________打开,产生局部电位,但无法产生__________,其属于一种阈下的低强度刺激。
(2)静息时,神经纤维膜对______通透性较大,__________产生静息电位。若适当提高细胞内K+浓度,则会使测得的静息电位绝对值____________。
(3)t4~t5时间段,细胞______通道打开,细胞恢复静息状态。
(4)t2、t3时刻作用后可产生动作电位,得出的结论是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
解析:静息时,膜主要对K+有通透性,造成K+外流,使得膜外阳离子浓度高于膜内,由于细胞膜内外这种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;当神经纤维某一部位受到刺激时,细胞膜对Na+的通透性增加,Na+内流,这个部位膜两侧出现暂时性电位变化,表现为内正外负的兴奋状态,此时的膜电位称为动作电位。(1)t1时刻,甲刺激可以引起Na+通道打开,产生局部电位,但无法产生动作电位,其属于一种阈下的低强度刺激。(2)静息时,神经纤维膜对K+通透性较大,K+外流产生静息电位。若适当提高细胞内K+浓度,则会增加K+外流,使测得的静息电位绝对值变大。(3)t4~t5时间段,细胞K+通道打开,细胞恢复静息状态。(4)t1、t2时刻两次强度相同的甲刺激,由于相隔时间较长而无法累加,t2、t3时刻两次强度相同的甲刺激,由于相隔时间较短可以累加,作用后可产生动作电位。
答案:(1)Na+通道 动作电位 (2)K+ K+外流 变大 (3)K+ (4)一定条件下的甲刺激对膜电位的影响可以累加,并使神经纤维产生动作电位
【综合提升练】
8.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+浓度时,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。相关分析错误的是( )
A.细胞外Na+浓度降低,细胞内外Na+浓度差变大,动作电位值下降
B.动作电位与神经元外的Na+内流相关
C.静息电位与神经元内的K+外流相关
D.若要在体外测定神经元的正常电位,应保持环境钠钾离子浓度与内环境相同
解析:选A。动作电位的形成主要与神经细胞外Na+内流有关(方式是协助扩散,动力是膜内外Na+的浓度差),细胞外Na+浓度降低,膜内外Na+浓度差降低,Na+内流减少,导致动作电位值下降,A错误,B正确;静息电位与神经元内的K+外流相关,方式是协助扩散,C正确;要测定神经元的正常电位,应放在钠钾离子浓度与内环境相同的环境中进行,以维持细胞正常的生命活动,D正确。
9.(2025·临沂高二检测)实验小组将离体的神经纤维置于适宜浓度的细胞培养液中,并用不同的强度刺激神经纤维,神经纤维膜两侧的电位变化如图所示,下列有关叙述错误的是( )
A.c点时细胞膜内的Na+浓度低于细胞膜外
B.刺激Ⅱ并没有引起神经细胞膜外Na+内流
C.测得图示电位变化需将电流表的两电极连在神经纤维同一位置的膜内外
D.若降低培养液中Na+的浓度,c的峰值下降,有可能不能引起膜电位逆转
解析:选B。C点为产生的动作电位最大值,此时细胞膜外侧Na+浓度仍高于细胞膜内侧,A正确;刺激Ⅱ使膜电位有变化,说明该刺激引起神经细胞膜外Na+内流,但没有引发动作电位,B错误;分析图可知,该图表示的是神经纤维上同一位置受到刺激后膜电位的变化,即测得图示电位变化需将电流表的两电极连在神经纤维同一位置的膜内外,C正确;若降低培养液中Na+的浓度,则膜内外Na+浓度差减小,所以c的峰值下降,有可能不能引起膜电位逆转,D正确。
10.任氏液是一种比较接近两栖动物内环境的液体,其主要成分为氯化钠,另外还含钾离子、钙离子等其他离子。在任氏液中培养坐骨神经—腓肠肌标本,神经纤维在产生动作电位过程中,钠、钾离子通过离子通道的流动造成的跨膜电流如下图所示(内向电流是指正离子由细胞膜外向膜内流动,外向电流则相反),盐酸胺碘酮作为钾离子通道阻断剂被用来治疗某些心律失常性疾病,下列说法正确的是( )
A.c点钠离子停止内流,动作电位达到峰值
B.加入盐酸胺碘酮后,从a到c的时间会变短
C.e点时,神经纤维膜外钾离子浓度高于膜内
D.降低任氏液中钠离子浓度,b点会下移
解析:选A。据图可知,ab段与bc段均是内向电流,此时都是钠离子通道开放,在c点时动作电位达到峰值,钠离子停止内流,开始发生钾离子外流,A正确;外向电流是指正离子由细胞膜内向膜外流动,主要是钾离子外流,需要钾离子通道蛋白协助,盐酸胺碘酮属于钾离子通道阻断剂,因此,使用足量盐酸胺碘酮处理后,ac段是内向电流,从a到c的时间不变,B错误;de段形成的原因是钾离子外流,e点时仍维持细胞内钾离子浓度高于膜外的状态,C错误;降低任氏液中钠离子浓度,钠离子内流减少,b点会上移,D错误。
11.兴奋在神经纤维上是以电信号的形式传导的,已知兴奋由兴奋区向邻近的未兴奋区传导后,未兴奋区成为新的兴奋区,而原兴奋区则恢复静息状态(成为未兴奋区)且有短暂的不应期,所以兴奋不回传。如图是一个神经元的示意图,O点为PQ的中点,给予O点一个适当的刺激,则电流表指针的偏转情况是________。若同时在O点、M点给予相同且适宜的刺激,如果电流表指针不偏转,则M点的条件是____。( )
A.不偏转 M点与P点或Q点重合
B.偏转 M点在PQ段之间
C.不偏转 MP略大于或等于PQ的一半
D.不偏转 MP小于或等于PQ的一半
解析:选C。刺激O点,P、Q两点的电位变化同步且相同,所以电流表指针不偏转。当MP略大于或等于PQ的一半时,M点的兴奋向O点方向传导,到达不了P点(或传不过P点),等同于只给O点刺激,所以选C。
12.已知神经细胞膜、肌肉细胞膜两侧离子的分布不平衡。下表表示的是哺乳动物肌肉细胞在静息状态下,细胞内外Na+和K+离子浓度的大小(单位:mmol/L)。请回答下列问题。
离子种类
Na+
K+
细胞内部
10
140
细胞外部
150
4
(1)从表格信息可以看出,细胞外液的渗透压主要由______来维持。
(2)研究发现静息电位的产生主要是K+外流形成的,若用蛋白酶处理细胞膜,K+不再透过细胞膜,据此可推导出细胞内K+跨膜运输的方式是____________。
(3)静息状态下,细胞内外离子浓度能维持上述水平,其主要的原因是细胞膜上________________的种类和数量限制了离子的出入。
(4)下图表示神经细胞接受刺激产生动作电位过程中,膜电位的变化及细胞对Na+和K+的通透性情况。
①接受刺激时,细胞膜对Na+、K+的通透性分别发生了怎样的变化?
________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
②根据该过程中膜电位的变化和离子通透性的变化可以推测,动作电位的产生主要是由哪种离子如何变化造成的?
________________________________________________________________________。
解析:(1)从表格信息可以看出,细胞外液的渗透压主要是由Na+来维持的,细胞内液的渗透压主要是由K+来维持的。(2)由表格信息可知,静息状态时细胞内K+浓度高于细胞外。若用蛋白酶处理细胞膜,使细胞膜上的蛋白质失去作用,K+不再透过细胞膜,据此可推导出K+外流需要通道蛋白的协助,故细胞内K+跨膜运输的方式是协助扩散。(3)因为Na+和K+出入细胞都需要通道蛋白的协助,所以受细胞膜上通道蛋白的种类和数量限制。(4)据题图分析可知,①神经细胞接受刺激时,细胞膜对Na+的通透性迅速增加,并且增加的幅度较大,对K+的通透性缓慢增加,并且增加的幅度较小,因为Na+通过细胞膜快速内流,导致膜内变为正电位,膜外变为负电位。②根据该过程中膜电位的变化和离子通透性的变化可以推测,动作电位的产生主要是由Na+大量内流造成的。
答案:(1)Na+ (2)协助扩散 (3)通道蛋白 (4)①细胞膜对Na+的通透性迅速增加,并且增加的幅度较大;对K+的通透性缓慢增加,并且增加的幅度较小 ②Na+通过细胞膜快速内流造成的
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