2021高三生物人教版一轮教师用书：必修3第8单元素养加强课8动物生理相关实验探究

膜电位变化与电流表的指针偏转问题

如图为神经元结构模式图，电流计A1和A2的两极a、c、d、e分别接在神经纤维外膜上，在b、f两点给予适宜强度的刺激，则电流计的偏转情况为(　　)

(“”代表神经元细胞体，“”代表神经末梢，且ab＝bc、ac＝de)

A．在b点与f点刺激时，A1、A2各偏转两次，且方向相反

B．在b点刺激时，A1偏转两次，A2偏转一次；f点刺激时，A1不偏转，A2偏转一次

C．在b点刺激时，A1不偏转，A2偏转一次；f点刺激时，A1不偏转，A2偏转一次

D．在b点刺激时，A1不偏转，A2偏转两次；f点刺激时，A1不偏转，A2偏转一次

[审题指导]　审题时应重点关注示意图中两个位置，即刺激点位置及电流表的连接位置。

(1)知识联系：①电位的产生与膜电位变化的关系？②兴奋的传导与传递的特点分别是什么？

(2)推理分析

①ab＝bc→刺激b点，a、c点的电位变化相同。

②f点位于突触后神经元上→刺激f点，A2偏转一次，A1不偏转。

D　[在b点刺激时，兴奋同时到达a和c处，因此A1不偏转；当兴奋继续向右传递时，先到达d处，后到达e处，因此A2偏转两次，且方向相反(先向左偏转，后向右偏转)。在f点刺激时，兴奋能传导到e处，但不能传递到a、c和d处，因此A1不偏转，A2偏转一次(向右偏转)。]

1．指针偏转原理

下图中a点受刺激产生动作电位“”，后面为该动作电位沿神经纤维传导依次通过“a→b→c→c右侧”时灵敏电流计的指针变化细化图：

2．电流计指针偏转问题分析

(1)兴奋在神经纤维上传导时(双向传导)

①刺激a点，b点先兴奋，d点后兴奋，电流计指针发生两次方向相反的偏转；

②刺激c点(bc＝cd)，b点和d点同时兴奋，电流计指针不发生偏转。

(2)兴奋在神经元之间传递时(单向传递)

①刺激b点(ab＝bd)，由于兴奋在突触间的传递速率小于在神经纤维上的传导速率，所以a点先兴奋，d点后兴奋，电流计指针发生两次方向相反的偏转；

②刺激c点，兴奋不能传至a点，a点不兴奋，d点可兴奋，电流计指针只发生一次偏转。

1．两个电表(甲、乙)的电极A、B和C、D分别连接在两条神经纤维外侧，其中电极D所在位置神经纤维有膜损伤(负电位且无法产生兴奋)；未受刺激时电表指针如图所示。若分别给两条神经纤维以适宜强度刺激，下列叙述错误的是(　　)

A．甲、乙均不形成反射

B．受刺激前，甲不是静息电位，乙不是动作电位

C．若刺激点在A、C左侧，则甲偏转，乙不偏转

D．若刺激点在两个电极的中点，甲不偏转，乙偏转

C　[反射必须经过完整的反射弧，甲、乙表示神经纤维，因此甲、乙受刺激兴奋不表示反射，A正确；由图可知，刺激前甲不是静息电位，因为检测静息电位的两极应一个在膜外，一个在膜内，乙不是动作电位，因为D电极为负电位且无法产生兴奋，B正确；若刺激点在A、C左侧，则甲偏转，乙也偏转，C错误；若刺激点在两个电极的中点，甲不偏转，乙偏转，D正确。 ]

2．α­银环蛇毒素能与突触处的神经递质受体结合，阻断兴奋的传递。如图所示，利用α­银环蛇毒素处理突触，并在A处给予适宜刺激，乙记录仪测量的结果是(　　)

A　[据图分析，乙记录仪的两侧接在细胞膜的外侧，因此未受刺激时为零电位；兴奋在神经纤维上是双向传导的，因此刺激A点兴奋会传到甲、乙两个记录仪，根据甲记录仪上的－70 mV可知，乙记录仪先开始测得的是负值；当兴奋继续向右传导的过程中，乙记录仪的左侧恢复静息电位；由于α­银环蛇毒素能与突触处的神经递质受体结合，阻断兴奋的传递，因此兴奋不能传到下一个神经元，则乙记录仪不会再测到电位变化。]

3．如图是用甲、乙两个电流表研究神经纤维及突触上兴奋产生及传导的示意图。下列有关叙述错误的是(　　)

A．静息状态下，甲指针偏转，乙指针不偏转

B．刺激a处时，甲指针偏转一次，乙指针偏转两次

C．刺激b处时，甲指针维持原状，乙指针偏转一次

D．清除c处的神经递质，再刺激a处时，甲指针偏转一次，乙指针不偏转

D　[甲电流表的两极分别位于膜外和膜内，乙电流表的两极均置于膜外，静息状态下，甲电流表膜外为正电位，膜内为负电位，甲指针偏转，而乙电流表两极均为正电位，乙指针不发生偏转，A正确。刺激a处时，对于甲电流表，兴奋传到电极处，膜外为负电位，膜内为正电位，甲指针偏转一次。对于乙电流表，兴奋先传到乙电流表的左边电极，然后传到右边电极，乙指针偏转两次，B正确。

刺激b处时，兴奋无法传到左边神经元，因此甲指针维持原状，对于乙电流表，兴奋无法传到电流表左边电极，乙指针偏转一次，C正确。清除c处的神经递质，再刺激a处时，兴奋无法传到右边神经元，甲指针偏转一次，乙指针偏转一次，D错误。]

兴奋传导、传递特点的实验探究

将蛙脑破坏，保留脊髓，做蛙心静脉灌注，以维持蛙的基本生命活动。暴露蛙左后肢屈反射的传入神经和传出神经，分别连接电位计ⓐ和ⓑ。将蛙左后肢趾尖浸入0.5%硫酸溶液后，电位计ⓐ和ⓑ有电位波动，出现屈反射。如图为该反射弧结构示意图。

(1)用简便的实验验证兴奋能在神经纤维上双向传导，而在反射弧中只能单向传递。__________________________________________

______________________________________________________。

(2)若在灌注液中添加某种药物，将蛙左后肢趾尖浸入0.5%硫酸溶液后，电位计ⓐ有波动，电位计ⓑ未出现波动，左后肢未出现屈反射，其原因可能有：①______________________________；②___________________。

[审题指导]　审题时应关注以下两个问题：

(1)明确这是一道验证性实验设计题，即验证兴奋能在神经纤维上双向传导，而在反射弧中只能单向传递。

(2)设计实验时采用逆向思维更利于问题的解决。

[解析]　(1)设计实验可以应用图中的已有信息进行逆向思考，即在神经纤维的哪个位置给予足够强度的刺激，该位置两侧都能够观察到相应的电位变化(或肌肉收缩)，而另一神经纤维上没有电位变化。(2)某药物处理后，电位计ⓐ有波动，说明该药物不会阻止神经纤维上的兴奋传导，电位计ⓑ未出现波动，说明没有兴奋传递到电位计ⓑ，那么问题应该出现在电位计ⓐ和ⓑ之间的环节，可能是突触前膜不能释放神经递质，也可能是突触前膜释放的神经递质不能与突触后膜上的特异性受体结合。

[答案]　(1)实验方法和现象：刺激电位计ⓑ与骨骼肌之间的传出神经。观察到电位计ⓑ有电位波动和左后肢屈腿，电位计ⓐ未出现电位波动　(2)①突触前膜释放的递质不能与突触后膜上的特异性受体结合　②突触前膜不能释放递质

1．“药物阻断”实验

探究某药物(如麻醉药)是阻断兴奋在神经纤维上传导，还是阻断在突触处传递，可分别将药物置于神经纤维上或置于突触处，依据其能否产生“阻断”效果做出合理推断。

2．电刺激法探究反射弧中兴奋传导、传递的特点

(1)探究兴奋在神经纤维上的传导

方法设计：电刺激图①处，观察A的变化，同时测量②处的电位有无变化。

结果分析：若A有反应，且②处电位改变，则说明兴奋在神经纤维上的传导是双向的；若A有反应而②处无电位变化，则说明兴奋在神经纤维上的传导是单向的。

(2)探究兴奋在神经元间的传递

方法设计：先电刺激图①处，测量③处的电位变化；再电刺激③处，测量①处的电位变化。

结果分析：若两次实验的检测部位均发生电位变化，说明兴奋在神经元间的传递是双向的；若只有一处电位改变，则说明兴奋在神经元之间的传递是单向的。

1．取新鲜的神经—肌肉标本(实验期间用生理盐水湿润标本)如图，a、d分别是放置在传出神经和骨骼肌上的电极，用于刺激神经和骨骼肌；b是放置在传出神经上的电流计，用于记录神经兴奋电位；c为神经与肌细胞形成的突触。正常时，用a刺激神经会引起骨骼肌收缩，下列判断分析不正确的是(　　)

A．如果刺激 c、a点中间任何一点，都可检测到电位变化，表明传出神经完好

B．如果用a刺激神经，在b处不能记录到电位，表明传出神经受损

C．如果用a刺激神经，在b处记录到电位，骨骼肌不收缩，表明部位c受损

D．如果用d刺激骨骼肌，骨骼肌不收缩，表明骨骼肌受损

C　[如果刺激 c、a点中间任何一点，都可检测到电位变化，表明传出神经完好，A正确；如果用a刺激神经，在b处不能记录到电位，表明传出神经受损，B正确；如果用a刺激神经，在b处记录到电位，骨骼肌不收缩，表明部位c受损或骨骼肌受损，C错误；如果用d刺激骨骼肌，骨骼肌不收缩，表明骨骼肌受损，D正确。]

2．(2019·四川高三月考)如图表示神经元之间的连接(BD＝DE)，M为连接在神经元表面的电流计。请回答：

(1)神经纤维产生兴奋时，细胞膜对________的通透性增大，引起膜内外的电位发生变化，神经纤维细胞膜外电流方向与兴奋传导方向________。

(2)刺激如图________点可以证明兴奋在神经纤维上的传导是双向的，你判断的理由是__________________________。

(3)为研究钙离子对神经冲动的产生及神经元之间兴奋传递的影响，研究者做了如下实验：

①当兴奋传递到突触小体时，先出现钙离子内流，利用荧光标记膜蛋白，可观察到________定向移动，释放神经递质。

②将能与钙离子结合的药物 BAPTA注入突触小体内，电刺激突触前神经元，发现突触前膜发生了电位变化，但神经递质的释放量减少。由此得出的结论是钙离子____________________________。

[解析]　(1)神经纤维产生兴奋时钠离子通道开放，钠离子内流，膜电位由外正内负变成外负内正，在兴奋部位和未兴奋部位存在电位差，形成局部电流，神经纤维细胞膜外电流方向与兴奋传导方向相反，而膜内相同。

(2)据图分析，三个神经元中只有中间的神经元上有四个点，若要判断在神经纤维上的双向传递，应该选择中间的点刺激，但是D点刺激后兴奋会同时到达B、E两点，电流表不偏转，因此只能刺激C点，兴奋先后两次到达B、E两点，电流表偏转两次，进而证明兴奋在神经纤维上是双向传导的。

(3)①神经递质存在于突触小泡中，当兴奋传递到突触小体时，先出现钙离子内流，利用荧光标记膜蛋白，可观察到突触小泡定向移动，释放神经递质。

②将能与钙离子结合的药物 BAPTA注入突触小体内，电刺激突触前神经元，发现突触前膜发生了电位变化，但神经递质的释放量减少，说明钙离子不影响突触前神经元产生神经冲动(兴奋)，但会影响神经元之间兴奋的传递。

[答案]　(1)钠离子　相反　(2)C　只有刺激C点，电流计指针才会发生两次方向相反的偏转，说明兴奋既传到了B点，也传到了E点　(3)①突触小泡　②不影响突触前神经元产生神经冲动(兴奋)，但会影响神经元之间兴奋的传递

动物激素功能的研究方法与实验探究

(2019·浙江高考)欲验证胰岛素的生理作用，根据以下提供的实验材料与用具，提出实验思路，预测实验结果并进行分析。

材料与用具：小鼠若干只，胰岛素溶液，葡萄糖溶液，生理盐水，注射器等。

(要求与说明：血糖浓度的具体测定方法及过程不作要求，实验条件适宜)

(1)实验思路：

_______________________________________________________

______________________________________________________。

(2)预测实验结果(设计一个坐标，用柱形图表示至少3次的检测结果)：

(3)分析与讨论

①正常人尿液中检测不到葡萄糖，其原因是________________。

②当机体血糖水平升高时，胰岛中的内分泌细胞及其分泌的激素变化是________。此时，机体细胞一方面增加对葡萄糖的摄取、贮存和利用，另一方面_____________________________________。

[审题指导]　本题可采取“去除添加法”验证胰岛素的生理作用。在审题的过程中应思考以下问题：

(1)明确胰岛素的生理作用。

(2)分析出本实验的自变量以及因变量的检测指标。

(3)实验设计思路不同于详细的实验步骤，描述时可不出现用量或浓度等。

[解析]　(1)本实验的目的是验证胰岛素的生理作用，所以实验的自变量是有无胰岛素，实验材料中有提供葡萄糖溶液，可将实验分两组，实验组用胰岛素处理，对照组用生理盐水处理，实验组出现低血糖症状后还需给实验组注射葡萄糖溶液，对照组注射生理盐水，反向验证胰岛素的作用。具体实验思路见参考答案。

(2)注射胰岛素组的实验结果是血糖浓度下降，接着注射葡萄糖，血糖浓度又会上升；注射生理盐水组血糖浓度变化不大。注意本题要求画柱形图，图中需有图注，横坐标需标注两次注射。

(3)①正常人体内的胰岛素可以促进肾小管对过滤液中葡萄糖的吸收，故在尿液中检测不到葡萄糖。

②当机体血糖水平升高时会引起胰岛B细胞分泌胰岛素增加，胰岛A细胞分泌胰高血糖素减少。胰岛素具有促进对葡萄糖的摄取、贮存和利用以及抑制氨基酸等物质转化为葡萄糖的作用。

[答案]　(1)①分别测定每只小鼠的血糖浓度，并记录。

②将小鼠分为A、B两组，A组注射胰岛素，B组注射生理盐水。每隔一段时间，分别测定两组小鼠的血糖浓度，并记录。

③当岀现低血糖症状后，A组注射葡萄糖溶液，B组注射生理盐水。每隔一段时间，分别测定两组小鼠的血糖浓度，并记录。

④对每组所得数据进行统计分析

(2)

胰岛素对小鼠血糖浓度影响示意图

(3)①胰岛素促进肾小管对过滤液中葡萄糖的吸收　

②胰岛B细胞分泌胰岛素增加，胰岛A细胞分泌胰高血糖素减少　 抑制氨基酸等物质转化为葡萄糖

1．常见动物激素生理功能的研究方法

2.实验设计注意事项

(1)动物分组的基本要求：选择性别、年龄、体重、生理状况相似的动物进行平均分组，且每组不能只有一只。

(2)在研究动物激素生理功能的实验设计中，要注意设计对照实验，排除干扰因素的影响，使实验结论更加科学。对照组中，生理盐水不能用蒸馏水代替。

(3)若研究物质的化学本质是蛋白质，则必须是注射法，而不能用饲喂法，因为该物质会被消化分解；如研究胰岛素就有降血糖的生理作用，必须选用注射法，对成年个体注射胰岛素后观察、记录血糖浓度的变化情况；如果是脂质或氨基酸类等小分子物质可以注射，也可饲喂。

1．如果给动物注射大剂量胰岛素，动物会因低血糖而休克，通过注射胰高血糖素能促使血糖升高，使休克的动物清醒。根据以下实验材料及用具，完成实验方案，证明胰高血糖素能升高血糖。

实验材料及用具：小白鼠、注射器、鼠笼、胰岛素溶液、胰高血糖素溶液、葡萄糖注射液、生理盐水。

实验方案：选择体重相近的健康小白鼠，按照下表进行处理、观察并填写相关内容。

①___________________________________________________；

②____________________________________________________；

③___________________________________________________；

④__________________________________________________。

[解析]　根据实验的对照原则，B、C、D组为三个实验组，注射大剂量的胰岛素溶液，则A组为对照组，所以①应注射等量生理盐水；根据题意“注射胰高血糖素能促使血糖升高，使休克的动物清醒”，可知下一步实验处理方法中，②③④是针对休克动物做的对照实验，②为对照组，注射等量的生理盐水导致小鼠休克未清醒，③④两组作为实验组应分别注射一定量胰高血糖素溶液或葡萄糖注射液，让休克的小鼠清醒，从而证明胰高血糖素能升高血糖。

[答案]　①注射等量生理盐水　②注射等量生理盐水　③注射一定量胰高血糖素溶液(注射一定量葡萄糖注射液)　④注射一定量葡萄糖注射液(注射一定量胰高血糖素溶液)

2．为了验证甲状腺激素的生理作用，试以大白鼠的耗氧量和活动量为观察指标，根据给出的实验材料和用具，设计实验步骤，预测实验结果，并做出分析。

(1)材料和用具：日龄相同、体重相近的雄性成年大白鼠两组，甲状腺激素溶液，蒸馏水，灌胃器，耗氧量测定装置，小动物活动测定仪等。

(实验提示：给药途径为每日灌胃，给药剂量和仪器操作不做考试要求，室温恒定。)

(2)方法与步骤：

第一步：_______________________________________________。

第二步：______________________________________________。

第三步：_______________________________________________。

(3)结果预测与分析：

①___________________________________________________。

②___________________________________________________。

(4)结论：______________________________________________。

[解析]　验证甲状腺激素促进新陈代谢的作用可以通过测定小鼠的耗氧量来进行，耗氧量越大，代谢越旺盛；实验中设置对照组(添加蒸馏水)和实验组(饲喂甲状腺激素)，自变量为是否添加甲状腺激素，控制无关变量要注意的是各组的小鼠数量、生理状况及性别均要相同、投喂的食物也要相同。

[答案]　(2)将两组雄性成年大白鼠分别标号为甲组和乙组，并分别用给出的仪器，测定与记录耗氧量和活动量　每天用灌胃器给予甲组鼠灌胃甲状腺激素溶液，给予乙组鼠灌胃等量的蒸馏水，饲养一定时间　测定与记录甲、乙鼠耗氧量和活动量

(3)①未给甲状腺激素时，甲、乙组鼠耗氧量和活动量相近

②给甲组鼠灌胃甲状腺激素后，其耗氧量和活动量均大于乙组鼠

(4)甲状腺激素能够促进新陈代谢，加速体内物质的氧化分解，提高神经系统的兴奋性，从而使动物的耗氧量和活动量增加