2024年高中生物新教材同步学案 选择性必修第一册 第2章 第3节 第1课时　兴奋在神经纤维上的传导（含解析）

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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。资料6：1942年，美国科学家Cole和Curtis发现当细胞外液K＋浓度提高时，静息电位减小；当细胞外液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3.膜电位的测量方法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CB．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→BD．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．(2022·江苏无锡高二期中)如图为针刺引起的缩手反射活动中神经纤维上某一位点的膜电位变化情况。下列相关叙述正确的是(　　)A．反射过程中，兴奋在神经纤维上的传导是双向的B．图中ac段动作电位的形成由膜外大量钠离子内流所致C．图中ae段钠离子和钾离子进行跨膜运输均不消耗能量D．手指被刺后，大脑皮层产生痛觉的过程也是一次反射活动答案　B解析　在完成反射活动时，兴奋只能从感受器产生，因此兴奋在神经纤维上的传导方向是单向的，A错误；图中ac段是动作电位的形成过程，是膜外大量钠离子通过协助扩散方式内流导致的，B正确；ce段是在恢复静息电位的过程中，钠离子被排出，钾离子被吸收，此时是主动运输，不但需要钠－钾泵这种载体蛋白，还需要消耗能量，C错误；反射依赖于完整的反射弧，从针刺手指到大脑皮层产生痛觉的过程，不属于反射活动，D错误。3．如图甲所示，在神经纤维上安装两个完全相同的灵敏电表。表1两电极分别在a、b处膜外，表2两电极分别在d处膜的内外侧，在bd中点c处给予适宜刺激，相关的电位变化曲线如图乙、图丙所示。下列分析错误的是(　　)A．表1记录得到图丙所示的双向电位变化曲线B．图乙②点时Na＋的内流速率比①点时的大C．图乙曲线处于③点时，图丙曲线正处于⑤点D．图丙曲线处于④点时，图甲a处正处于静息电位状态答案　C解析　由题意可知，表1两电极分别在a、b处膜外，表1初始值为零电位，因此记录得到图丙所示的双向电位变化曲线，A正确；图乙②点处于产生动作电位的过程中，动作电位与Na＋的内流有关，①点处于静息电位，因此图乙②点时Na＋的内流速率比①点时的大，B正确；图乙曲线处于③点时，动作电位最大，此时图丙曲线正处于④点，C错误；图丙曲线处于④点时，兴奋传递到b处，还没有传递到a处，因此图甲a处正处于静息电位状态，D正确。题组一　兴奋在神经纤维上传导的过程1．静息时，大多数神经细胞的细胞膜(　　)A．对阴离子的通透性比较大，Cl－大量流出膜外B．对阳离子的通透性比较大，Na＋大量流出膜外C．对Na＋的通透性比较小，对K＋的通透性比较大D．对Na＋的通透性比较大，对K＋的通透性比较小答案　C解析　静息时，细胞膜主要对K＋有通透性，造成K＋外流。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　兴奋在神经纤维上的传导过程是以电信号的形式传导，需要消耗能量，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。题组二　膜电位的测定及相关曲线分析5．如图是测量神经纤维膜电位变化情况的示意图，下列相关叙述错误的是(　　)A．图甲中指针偏转说明膜内外电位不同，测出的是动作电位B．图甲中的膜内外电位不同，主要是由于K＋外流形成的C．图乙中刺激神经纤维会引起指针发生两次方向相反的偏转D．图乙中产生的兴奋会以局部电流的形式向两侧快速传导答案　A解析　图甲中指针偏转说明膜内外电位不同，神经纤维膜两侧的电位表现为内负外正，所以测出的是静息电位，该电位的形成与K＋外流有关；图乙中刺激神经纤维产生兴奋，兴奋先传导到电流表右侧电极，后传导到电流表左侧电极，所以会引起指针发生两次方向相反的偏转；兴奋时，神经纤维膜对Na＋的通透性增加，使得刺激点处膜两侧的电位表现为内正外负，该部位与相邻部位产生电位差而发生电荷移动，形成局部电流，因此，图乙中产生的兴奋会以局部电流的形式向两侧快速传导。6．将枪乌贼巨大轴突置于体内组织液的模拟环境中，下列分析错误的是(　　)A．减小模拟环境中Na＋浓度，动作电位的峰值变小B．电刺激枪乌贼巨大轴突，不一定会产生动作电位C．若细胞膜对K＋的通透性变大，静息电位的绝对值不变D．增大模拟环境中K＋的浓度，静息电位的绝对值变小答案　C解析　减小模拟环境中Na＋的浓度，导致Na＋的内流减少，进而引起动作电位的峰值变小，A正确；电刺激枪乌贼巨大轴突，当刺激达到一定强度时才会产生动作电位，B正确；若细胞膜对K＋的通透性变大，则K＋外流增多，静息电位的绝对值会变大，C错误；增大模拟环境中K＋的浓度，K＋外流受阻，静息电位的绝对值变小，D正确。7．(2018·江苏，11)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＋的大量内流是神经纤维形成静息电位的主要原因B．bc段Na＋大量内流，需要载体蛋白的协助，并消耗能量C．cd段Na＋通道多处于关闭状态，K＋通道多处于开放状态D．动作电位大小会随有效刺激的增强而不断加大答案　C解析　神经纤维形成静息电位的主要原因是K＋大量外流，A错误；bc段Na＋通过通道蛋白大量内流，属于协助扩散，不消耗能量，B错误；cd段K＋继续外流，此时细胞膜对K＋的通透性大，对Na＋的通透性小，K＋通道多处于开放状态，Na＋通道多处于关闭状态，C正确；动作电位的大小不会随有效刺激强度的增加而增大，D错误。8．(2023·广东汕头高二质检)如图甲为某神经纤维受到刺激后膜电位变化情况。神经细胞的静息电位和动作电位与通道蛋白关系紧密。Na＋－K＋泵是神经细胞膜上的一种常见载体，能催化ATP水解，每消耗1分子的ATP，就可以逆浓度梯度将3分子的Na＋泵出细胞外，将2分子的K＋泵入细胞内，其结构如图乙所示。下列根据上述资料作出的分析，正确的是(　　)A．图甲中静息电位的维持是Na＋持续外流的结果B．图甲中bc段，Na＋通过通道蛋白内流需要消耗ATPC．图乙中随着温度逐渐升高，Na＋－K＋泵的运输速率先增大后稳定D．图乙中随着O2浓度的升高，Na＋－K＋泵的运输速率先增大后稳定答案　D解析　Na＋－K＋泵的化学本质是蛋白质，随着温度逐渐升高，蛋白质会发生变性，导致其运输速率下降或功能丧失，C错误。9．枪乌贼的神经元是研究神经兴奋的好材料，科研人员将枪乌贼离体的神经纤维置于培养液(相当于细胞外液)中来研究兴奋的传导。下图中①②③④表示神经纤维膜上的位点(④为②③之间的中点)，阴影部分表示开始产生局部电流的区域。下列分析正确的是(　　)A．图示电流表装置可用于测定神经元的静息电位B．动作电位的形成主要与神经元轴突内外K＋浓度有关C．刺激①时，膜内局部电流方向与兴奋传导方向相反D．若在④处给予一定刺激，电流表的指针不会发生偏转答案　D解析　由图示可看出，电流表的电极都在膜的外侧，没有电势差，所以不可用于测定神经元的静息电位，A错误；动作电位的产生主要是Na＋内流形成的，B错误；膜内局部电流方向与兴奋传导方向是一致的，C错误；若在④处给予一定刺激，④为②③之间的中点，兴奋传导到两电极的时间相同，电流表的指针不会发生偏转，D正确。10.(2021·湖北，17)正常情况下，神经细胞内K＋浓度约为150 mmol·L－1，胞外液约为4 mmol·L－1。细胞膜内外K＋浓度差与膜静息电位绝对值呈正相关。当细胞膜电位绝对值降低到一定值(阈值)时，神经细胞兴奋。离体培养条件下，改变神经细胞培养液的KCl浓度进行实验。下列叙述正确的是(　　)A．当K＋浓度为4 mmol·L－1时，K＋外流增加，细胞难以兴奋B．当K＋浓度为150 mmol·L－1时，K＋外流增加，细胞容易兴奋C．K＋浓度增加到一定值(<150 mmol·L－1)，K＋外流增加，导致细胞兴奋D．K＋浓度增加到一定值(<150 mmol·L－1)，K＋外流减少，导致细胞兴奋答案　D解析　正常情况下，神经细胞内K＋浓度约为150 mmol·L－1，胞外液约为4 mmol·L－1，当神经细胞培养液的K＋浓度为4 mmol·L－1时，和正常情况一样，K＋外流不变，细胞的兴奋性不变，A错误；当K＋浓度为150 mmol·L－1时，细胞外K＋浓度增加，K＋外流减少，细胞容易兴奋，B错误；K＋浓度增加到一定值(<150 mmol·L－1，但>4 mmol·L－1)，细胞外K＋浓度增加，K＋外流减少，导致细胞兴奋，C错误，D正确。11．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。12．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→bD．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。13．(2022·四川广安高二期中)研究人员利用电压钳技术改变枪乌贼神经纤维膜电位，记录离子进出细胞引发的膜电流变化，结果如图所示，图a为对照组，图b和图c分别为通道阻断剂TTX、TEA处理组。下列有关叙述错误的是(　　)A．TTX处理后，内向电流消失B．TEA处理后，Na＋可正常内流C．内向电流是由K＋通道所介导形成的D．内向电流结束后，膜外Na＋浓度高于膜内答案　C解析　由图a和图b可知，经过TTX处理之后，膜电流均大于0，说明此时只检测到了外向电流，未检测到内向电流，A正确；由图a可知，内向电流的膜电流小于0，外向电流的膜电流大于0，结合图c可知，当用TEA处理之后，膜电流均小于0，说明TEA处理后只检测到了内向电流，Na＋可正常内流，B正确；外向电流是由于K＋外流形成的，因此外向电流是由K＋通道所介导形成的，而内向电流是由Na＋通道所介导形成的，C错误；内向电流结束后，膜电流逐渐变大，说明神经纤维膜内Na＋浓度应低于膜外，D正确。14．图一是置于适宜环境中的枪乌贼完整无损的粗大神经纤维，G表示电表，a、b为两个微型电极，阴影部分表示开始发生局部电流的区域。图二是人体中当A接受一定强度刺激后引起的F收缩过程的示意图。请回答下列问题：(1)图一中，当刺激c处产生兴奋时，A侧的兴奋处为________(填“正”或“负”)电位，B侧为____________(填“正”或“负”)电位，此时兴奋在神经纤维上的传导是______________的。(2)如果将图一中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(如图所示)，电表的指针会发生________次方向______(填“相同”或“相反”) 的偏转。若将b电极置于d处膜外，a电极位置不变，则刺激c处后，电表的指针先向____________(填“右”或“左”)偏转。(3)图二的结构名称是_______________________________________________________，其中C是__________________，可以据此判断B代表__________________。答案　(1)负　正　双向　(2)两　相反　右　(3)反射弧　神经节　传入神经解析　(1)图一中，当刺激c处产生兴奋时，神经纤维膜的通透性发生改变，对钠离子的通透性增加，钠离子内流，形成内正外负的动作电位，此时兴奋在神经纤维上的传导是双向的。(2)如果将图一中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，兴奋先后到达b、a两电极，故电表的指针会发生两次方向相反的偏转。若将b电极置于d处膜外，a电极位置不变，则刺激c处后，兴奋先到达d处，d处电位先变为内正外负，故电表的指针先向右偏转。15．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＋内流方式为____________；CD段为恢复静息电位，此时K＋外流方式为________________。 (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＋内流方式为协助扩散，CD段为恢复静息电位，K＋外流方式为协助扩散。(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由负电位变为正电位。(4)由题干可知，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。组分细胞内浓度(mmol/L)细胞外浓度(mmoL/L)Na＋5～15145K＋1405Cl－5～15110带负电的蛋白质高低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