2.3神经冲动的产生和传导课件2026-2027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，涵盖神经纤维上电信号传导及神经元间化学信号传递，通过短跑起跑情境提问导入，结合“生物电”发现史，以蛙坐骨神经实验、枪乌贼神经纤维实验为支架，从静息电位、动作电位到局部电流，再到突触结构与传递过程，构建连贯知识脉络。 其亮点在于融合科学史与实验探究，通过伽尔瓦尼实验、霍奇金-赫胥黎实验培养科学思维，利用理想神经元模型、突触结构示意图强化结构与功能的生命观念。设置蛙心脏思维训练及比较表格，助学生构建知识网络，毒品危害内容渗透态度责任教育。学生能提升探究能力和抽象思维，教师可依托资料高效实施概念教学。

人教版 选择性必修1 稳态与调节 第2章 第3节 神经冲动的产生和传导 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。这是怎样的一个过程呢？ 枪声作为一种信号，运动员听到后其神经会产生兴奋，兴奋再经一系列结构传导，最终使运动员作出起跑的反应 兴奋传导需要经历哪些结构？ 神经纤维上 神经元间 以什么形式进行传导? “生物电”现象的发现 【资料1】1786年，伽尔瓦尼在实验室解剖青蛙时意外发现，用刀尖触碰蛙腿上外露的神经，蛙腿会剧烈地痉挛，同时出现电火花。他认为痉挛起因于动物体上本来就存在的电，并把这种电叫做“生物电”。即神经通过生物电使肌肉收缩。 【资料2】1820年，灵敏电流计开始应用于生物电研究。伽尔瓦尼和他的后继者设计了“无金属接触实验”，并用电流计测出了肌肉电流，从而证明了生物电确实存在。 兴奋在神经纤维上的传导 1. 蛙坐骨神经表面电位差实验 在蛙的坐骨神经上放置两个微电极(均置于膜外侧)，并将它们连接到一个电表上。静息(无刺激)时，没有电位变化电表不偏转；在神经左端一侧给予刺激，电表会发生两次方向相反的偏转。 静息(无刺激)时： + + a b 左侧给予刺激时： - + a b 刺激 + - a b + + a b + + a b 说明神经表面各处电位相等 兴奋在神经纤维上的传导 说明: 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 （课本P27） 由上述实验可以知道，在神经纤维上传导的兴奋实质上是 电流，而电流产生需要有电位差，它是如何产生和传导的 呢？蛙的坐骨神经由许多神经纤维构成，要研究单个神经纤维 上的神经冲动会比较困难。 枪乌贼的巨大神经纤维直径可达1mm，是研究生物电的理想材料 电流是电荷的定向移动产生的 兴奋在神经纤维上的传导 2. 静息电位 【资料1】1939年，英国生理学家霍奇金和赫胥黎用玻璃微电极伸入枪乌贼神经纤维内，而另一电极置于神经纤维外侧，成功的测得枪乌贼神经轴突膜两侧存在约70mV的电位差，且膜内是负电位 赫胥黎和霍奇金研究装置示意图 Q1：理论上细胞内、外液都是电中性，为什么还会出现电位差？ 理想神经元(模型)分析 3 K+ 117 Na+ 120 Cl- 0 A- 细胞外液 细胞内液 90 K+ 30 Na+ 4 Cl- 116 A- 我们知道细胞内及其生活的外部环境都存在着细胞生活必需的无机盐离子，而且这些无机盐离子带有电荷 兴奋在神经纤维上的传导 研究发现神经细胞膜内外Na+、K+的分布具有以下特点： K+浓度：膜外低于膜内 Na+浓度：膜外高于膜内 3 K+ 117 Na+ 120 Cl- 0 A- 细胞外液 细胞内液 90 K+ 30 Na+ 4 Cl- 116 A- 在未受到刺激时，神经纤维处于静息状态。这时细胞膜主要对K+有通透性，即K+通道开放，K+外流，电位表现为内负外正，称为静息电位 2. 静息电位 膜外(正) 膜内(负) 方式: 协助扩散 K+外流达到平衡时，膜内K+浓度仍高于膜外 静息电位是稳定电位，哺乳动物神经细胞的静息电位一般是-70mV（负数） 兴奋在神经纤维上的传导 3. 动作电位 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，使兴奋部位膜内侧阳离子浓度高于膜外侧，电位表现为内正外负，称为动作电位 3 K+ 117 Na+ 120 Cl- 0 A- 细胞外液 细胞内液 90 K+ 30 Na+ 4 Cl- 116 A- 膜外(负) 膜内(正) 此时K+还在外流，只是Na+内流的量远比K+外流的多；且Na+内流达到平衡时，膜外Na+浓度仍高于膜内 方式: 协助扩散 动作电位是暂时性电位，其峰值一般是+35mV 兴奋在神经纤维上的传导 兴奋部位 刺 激 末兴奋部位 末兴奋部位 而邻近未兴奋部位仍然是内负外正的电位，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移动，这样就形成了局部电流 兴奋部位到未兴奋部位 ①兴奋传导方向: ②局部电流方向 膜内: 兴奋部位到未兴奋部位(与兴奋传导方向相同) 膜外: 未兴奋部位到兴奋部位(与兴奋传导方向相反) 局部电流能刺激相近的未兴奋部位产生同样的电位变化，如此进行下去，将兴奋向前传导，后方又恢复为静息电位 动作电位的大小不会在传导过程中随时间发生变化 兴奋在神经纤维上的传导 只有在离体的神经纤维上兴奋才能双向传导，而在生物体内，总是感受器接受刺激后产生兴奋传向效应器，所以兴奋在反射弧中的传导是单向的 思考: 无刺激时K+会外流，而神经细胞每兴奋一次会有部分Na+内流，长此以往神经细胞膜内高K+膜外高Na+的状态将不复存在。这个问题是如何解决的呢？ 丹麦生理学家斯科等人发现，Na+-K+泵(一种钠钾依赖ATP水解酶)能在一次兴奋完成后，将流出的K+运进细胞、流入的Na+运出细胞(吸K+排Na+)，以维持细胞外高浓度Na+和细胞内高浓度K+的状态，为下一次兴奋做好准备。这一过程属于主动运输，需消耗能量 钠钾泵示意图 细胞内 细胞外 Na+结合点 K+结合点 Na+ K+ ADP+Pi ATP 在同一个神经元上，兴奋是以电信号的形式传导的，当它被传导到一个神经元的末端时，是如何传递到另一个神经元的呢？ 思维训练 科学家曾做过一个实验: 取两个蛙的心脏(A和B，保持活性)置于成分相同的营养液中，A有某副交感神经支配，B没有该神经支配 。刺激副交感神经，A心脏跳动减慢；从A心脏的营养液中取一些液体，注入B心脏的营养液中，B心脏跳动也减慢 说明该副交感神经释放了某种化学物质，这种物质可以使心跳变慢 神经系统控制心脏活动时，在神经元与心肌细胞之间传递的信号是化学信号 兴奋在神经元之间的传递 1. 结构基础——突触 神经元的轴突末梢经过多次分枝，最后每个小枝末端膨大，呈杯状或球状，叫作突触小体 突触小泡 神经递质 突触小体 (其形成与高尔基体有关) 线粒体 兴奋在神经元之间的传递 1. 结构基础——突触 突触小体与其他神经元的细胞体或树突等相接近，共同形成突触 突触前膜 突触间隙 突触后膜 突触 上一个神经元轴突末梢(突触小体)的膜 充满组织液 下一个神经元的树突或细胞体的膜、传出神经元支配的肌肉细胞或腺体细胞的膜 兴奋在神经元之间的传递 1. 结构基础——突触 突触的类型 ①神经元之间 轴突-胞体型 轴突-树突型 轴突-轴突型 轴突-轴突型 轴突-树突型 轴突-胞体型 ②神经元和效应器之间 轴突-肌肉细胞 轴突-腺体细胞 兴奋在神经元之间的传递 2. 传递过程 兴奋 ➊兴奋到达突触前膜所在的神经元的轴突末梢，引起突触小泡向突触前膜移动并释放神经递质 ❷神经递质通过突触间隙扩散到突触后膜的受体附近 方式:胞吐(耗能，依赖于细胞膜的流动性) 不耗能，其快慢与浓度和温度等有关 兴奋 兴奋在神经元之间的传递 2. 传递过程 ❸神经递质与突触后膜上的受体结合 ❺神经递质被降解或回收，以免持续发挥作用 ❹突触后膜上的离子通道发生变化，引发电位变化 其本质是糖蛋白，与神经递质的结合具有特异性，体现了细胞膜具有进行细胞间信息交流的功能 (被酶分解) (回收进突触前膜) 兴奋在神经元之间的传递 3. 传递特点 神经元之间兴奋的传递只能是单方向的 ①单向传递： ②传递速度比在神经纤维上的慢（突触延搁) 在突触处发生的信号转换为: 在突触前膜发生的信号转换为: 在突触后膜发生的信号转换为: 原因是神经递质只存在于突触小泡中，只能由突触前膜释放，作用于突触后膜 电信号→化学信号→电信号 电信号→化学信号 化学信号→电信号 突触数量的多少决定反射活动所需时间，突触越多，所需时间越长 兴奋在神经元之间的传递 4. 神经递质的类型 按化学本质分: ①乙酰胆碱 ②氨基酸类， 如甘氨酸、谷氨酸 ③嘌呤/核苷酸类， 如腺苷、ATP ④气体， 如一氧化氮 ⑤生物胺类， 如肾上腺素/去甲肾上腺素、多巴胺、组胺等 ⑥肽类， 如β-内啡肽、脑啡肽类、强啡肽类等 ①兴奋性递质(能够增强突触后膜对Na＋的通透性，使Na＋ 内流，从而使突触后膜产生动作电位，即引起下一神经元发生兴奋) 如乙酰胆碱、谷氨酸等 按功能分: ②抑制性递质(能够增强突触后膜对Cl-的通透性，使Cl-内流，强化静 息电位，从而使下一神经元难以产生兴奋) 如甘氨酸、去甲肾上腺素等 下一神经元兴奋还是被抑制要由神经递质的种类和受体类型共同决定 【兴奋在神经纤维上的传导和神经元间的传递的比较】 比较项目 兴奋在神经纤维上的传导 兴奋在神经元间的传递 结构基础 形式 速度 方向 耗能情况 电信号 电信号↓ 化学信号↓ 电信号 快 慢 可以双向传导 单向传递 少 多 神经纤维 突触 某些化学物质能够对神经系统产生影响，其作用位点往往是突触 资料1：突触小体处Ca2+通道开放，Ca2+内流，引起突触小泡向突触前膜移动，促进神经递质释放。肉毒杆菌毒素可特异性与Ca2+通道结合，阻止Ca2+内流，影响突触前膜释放神经递质，使后膜不能产生兴奋，面部表情肌不能收缩形成皱纹，因此肉毒杆菌毒素被用于美容除皱 资料2：筒箭毒、α-银环蛇毒可竞争性地与突触后膜上的乙酰胆碱受体结合，使乙酰胆碱受体不能与乙酰胆碱结合，从而导致肌肉松弛无力 资料3：有机磷农药可与乙酰胆碱酯酶结合，使其丧失活性，导致乙酰胆碱不能被降解而持续发挥作用，因此引起肌肉僵直 兴奋剂和毒品等也大多是通过突触来起作用的 滥用兴奋剂、吸食毒品的危害 1. 兴奋剂 原是指能提高中枢神经系统机能活动的一类药物，如今是运动禁用药物的统称。具有增强人的兴奋程度、提高运动速度等作用 2. 毒品 是指鸦片、海洛因、冰毒、吗啡、大麻、可卡因以及国家规定管制的其它能够使人形成瘾癖的麻醉药品和精神药品 海洛因 冰毒 K 粉 可卡因 有些兴奋剂就是毒品，它们会对人体健康带来极大地危害 滥用兴奋剂、吸食毒品的危害 3. 可卡因成瘾的机制 ①正常情况下，多巴胺发挥完作用后会被突触前膜上的转运蛋白从突触间隙回收 ②吸食可卡因后，可卡因会使转运蛋白失去回收多巴胺的功能，于是多巴胺留在突触间隙持续发挥作用 ③导致突触后膜上多巴胺受体减少 ④当可卡因药效失去后，由于多巴胺受体减少，机体正常的神经活动受到影响，服药者就必须服用可卡因来维持这些神经元的活动，于是形成恶性循环，毒瘾难戒 (可传递愉悦感) 滥用兴奋剂、吸食毒品的危害 此外可卡因还能干扰交感神经的作用，导致心脏功能异常，并抑制免疫系统的功能；吸食可卡因者可产生心理依赖性，长期吸食易产生触幻觉与嗅幻觉；长期大剂量使用可卡因后突然停药，可出现抑郁、焦虑、失望、疲惫、失眠、厌食等症状 滥用兴奋剂、吸食毒品的危害 知晓毒品的巨大危害 向社会宣传滥用兴奋剂和吸食毒品的危害 自觉抵制毒品侵害，对毒品说不 生命只有一次，少年更应珍惜 我们能做的 请将以下兴奋传递异常所导致的结果进行归类 1.突触后膜持续兴奋或抑制的情况： 2.突触后膜不能兴奋或抑制的情况： 3.突触后膜被抑制的情况： ① ②③④⑤ ⑥ 练习与应用 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Na+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 练习与应用 2.乙酰胆碱酯酶可以水解乙酰胆碱，有机磷农药能使乙酰胆碱酯酶失活，则该药物可以 ( ） A.使乙酰胆碱持续发挥作用 B.阻止乙酰胆碱与其受体结合 C.阻止乙酰胆碱从突触前膜释放 D.使乙酰胆碱失去与受体结合的能力 A 拓展应用 膜电位测定与电表偏转问题 28 1.电表两极置于神经纤维膜的内、外两侧 膜电位的测定及相关曲线解读 -70 +35 刺激 ab段：为静息电位，由K＋外流导致(达到平衡时膜内K＋浓度仍高于膜外)，膜两侧的电位表现为外正内负 (膜电位或电位差=膜内电位-膜外电位) 极化 bd段：形成动作电位，主要由Na＋内流导致(达到平衡时膜外Na＋浓度仍高于膜内)。bc段表现为外正内负，c点时内外无电位差，cd段表现为外负内正，d点达到动作电位的峰值 去极化 反极化 1.电表两极置于神经纤维膜的内、外两侧 膜电位的测定及相关曲线解读 -70 +35 刺激 (膜电位或电位差=膜内电位-膜外电位) 超极化 de段：K+顺浓度梯度大量外流，逐渐恢复为静息电位 去极化 反极化 复极化 ef段：钠钾泵活动加强，将流入的Na+排出、流出的K+移入，恢复膜内外相关离子浓度梯度，为下一次兴奋做准备 极化 整个过程中，钠钾泵一直在发挥作用，并非只有ef段 膜电位的测定及相关曲线解读 2.电表两极均置于神经纤维膜的外侧 刺激 a b d c ab和cd这两段的电位变化在达到峰值之前都是由Na+内流造成的，而峰值之后的电位变化则是由K+外流造成的，两段电位差一正一负是因为两次的电流方向相反 只能测量动作电位，起点为0 膜电位的测定及相关曲线解读 细胞外液中Na+和K+浓度变化对静息电位和动作电位有何影响？ 神经纤维膜内外的K＋浓度差越大静息电位的绝对值越大， Na＋浓度差越大动作电位的峰值越大 浓度变化 膜内外浓度差 静息电位绝对值 动作电位峰值 膜外K+浓度升高 膜外K+浓度降低 膜外Na+浓度升高 膜外Na+浓度降低 减小 变小 不变 增大 变大 不变 增大 变大 不变 减小 不变 变小 电流表一极与神经纤维膜外侧连接，另一极与膜内侧连接(如图1)，指针会偏转(正极端指向负极端)；电流表的两极都与神经纤维膜外侧连接(如图2)，指针不偏转 电流表指针偏转的分析 1. 静息状态下 电流表指针偏转的分析 2. 兴奋状态下 电流表两极都连接在神经纤维膜外侧，可观察到指针发生两次方向相反的偏转，过程如图所示，其中“ ”为动作电位 ① ② ③ ④ ⑤ 电流表指针偏转的分析 3. 兴奋在神经纤维上传导时电流表的偏转情况 ①刺激a点或e点，b点先兴奋，d点后兴奋： ②刺激c点(bc＝cd)，b点和d点同时兴奋： ③刺激f点： 电流表指针发生先左后右两次偏转 电流表指针不发生偏转 电流表指针发生先右后左两次偏转 电流表指针偏转的分析 4. 兴奋在神经元间传递时电流表的偏转情况 图1 图2 ②图2中刺激b点，a点先兴奋，d点后兴奋： 刺激c点，兴奋不能传至a点，a点不兴 奋，d点可兴奋： ①图1中，刺激神经元a，b处电流表有电 位变化会出现先左后右两次偏转；刺 激神经元b，a处电流表无电位变化不偏转 电流表指针发生先左后右两次偏转 电流表指针只发生一次向右的偏转 相关探究实验 1. 探究神经冲动在神经纤维上的传导特点 方法设计:电刺激①处 观察A的反应 测量②处电位变化 结果分析 A有反应，②处电位改变→ 双向传导 A有反应，②处无电位变化→ 单向传导 传出神经 传入神经 相关探究实验 2. 探究神经冲动在神经元之间的传递特点 方法设计: 先电刺激①处，测量③处电位变化 再电刺激③处，测量①处电位变化 结果分析: 两次实验的检测部位均有电位变化→ 双向传递 刺激③处时①处有电位变化；刺激①处时③处没有电位变化 → 单向传递 传出神经 传入神经 $