2.3 神经冲动的产生和传导（第1课时）人教版2019 选择性必修1（课件+分层训练含解析）

(共16张PPT)
第3节　神经冲动的产生和传导（第1课时）
第2章　神经调节
1.神经表面电位差的实验
电流计于1820年应用于生物电研究。在蛙神经外侧连接两个电极。随后，刺激蛙神经一侧，并在刺激的同时记录电流表的电流大小和方向。
-
+
图2
a
b
刺激
图1：神经上电极所在的a点和b点均没有兴奋，故电流表不显示电流，说明神经表面各处电位相等。
图2、图3：在图2示位置的左侧给予刺激时，电极a处先变为负电位，接着恢复正电位；然后另一电极b处发生同样的变化。
+
+
a
b
+
+
图1
a
b
+
-
图3
a
b
1.神经表面电位差的实验
电流计于1820年应用于生物电研究。在蛙神经外侧连接两个电极。随后，刺激蛙神经一侧，并在刺激的同时记录电流表的电流大小和方向。
+
+
图4
a
b
图3： 当兴奋传导至b点时，a点所在位置已经由兴奋回复到静息状态。
图4： 当兴奋传导至b点右侧时，兴奋已经传导过a点和b点。此时a点和b点均为静息状态，电流表不显示电流，没有电位差异。
实验结论：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。
+
-
图3
a
b
内负外正
K+外流
内正外负
Na+内流
2.兴奋在神经纤维上的传导
【合作探究】下表为静息时神经元和肌肉细胞膜内、外某些离子的浓度；下图为兴奋的产生和传导过程。
1.由表格可以得出神经细胞和肌肉细胞Na+、K+分布有何特点？此种离子分布有何意义？
2.静息时膜内外离子浓度差形成的原因是什么？
3.动作电位产生的机理是什么？
提示：神经细胞和肌肉细胞膜外的Na+浓度比膜内要高，K+浓度比膜内低。膜内外钠钾离子的不均衡分布是兴奋产生和传导的基础。
提示：静息时，细胞膜主要对K+有通透性，即K+通道开放，K+外流，膜电位表现为内负外正。
提示：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，膜电位表现为内正外负。
【合作探究】下表为静息时神经元和肌肉细胞膜内、外某些离子的浓度；下图为兴奋的产生和传导过程。
4.兴奋部位的电位表现为内正外负，邻近的未兴奋部位仍然是内负外正，在兴奋部位和未兴奋部位之间会发生什么现象呢？
5.在兴奋传导过程中膜内外电流方向一致吗？与兴奋传导方向有什么关系呢？
6.神经细胞每兴奋一次，会有部分Na+内流和部分K+外流，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？
提示：兴奋部位与未兴奋部位之间由于电位差发生电荷移动形成局部电流，如此依次进行下去，兴奋不断地向前传导，后方恢复静息电位。
提示：不一致。膜外从未兴奋部位传导到兴奋部位，与兴奋传导方向相反；膜内从兴奋部位传导到未兴奋部位，与兴奋传导方向相同。
提示：钠钾泵是一种钠钾依赖的ATP酶，能分解ATP释放能量，将膜外的K+运进细胞，同时将膜内的Na+运出细胞。细胞内K+浓度高，细胞外Na+浓度高，正是由钠钾泵维持的。
【拓展1】静息电位的形成机理
（1）一种载体和3种离子通道
①电压门控Na+通道：协助扩散。对钠离子离子通透。开放和关闭受膜两侧电压控制。
②电压门控K+通道：协助扩散。对钾离子离子通透。开放和关闭受膜两侧电压控制。
③Na+-K+泵：主动运输。每消耗一个ATP，会把3个Na+泵出细胞外，把2个K+泵入细胞内，以维持细胞内外Na+、K+的浓度差。
④K+渗漏通道:协助扩散，对钾离子通透且一直开放。
（2）静息电位的形成机制
静息电位是稳定的电位
静息电位可以认为是K+的平衡电位
静息电位的形成不需要消耗能量
静息电位的维持需要消耗能量
【拓展1】静息电位的形成机理
【拓展2】动作电位的形成机理
（2023山东卷，16）神经细胞的离子跨膜运输除受膜内外离子浓度差影响外，还受膜内外电位差的影响。已知神经细胞膜外的Cl-浓度比膜内高。下列说法正确的是（ ）
A. 静息电位状态下，膜内外电位差一定阻止K+的外流
B. 突触后膜的Cl-通道开放后，膜内外电位差一定增大
C. 动作电位产生过程中，膜内外电位差始终促进Na+的内流
D. 静息电位→动作电位→静息电位过程中，不会出现膜内外电位差为0的情况
A
【解析】静息电位状态下，K+外流导致膜外为正电，膜内为负电，膜内外电位差阻止了K+的继续外流，A正确；静息电位时的电位表现为外正内负，若突触后神经元处于抑制时，突触后膜的Cl-通道开放后，Cl-内流，则膜内外电位差增大；若突触后神经元处于兴奋时， Cl-通道开放后，Cl-内流，则膜内外电位差减小，B错误；动作电位产生过程中，膜内外电位差促进Na+的内流，当膜内变为正电时则抑制Na+的继续内流，C错误；静息电位→动作电位→静息电位过程中，膜电位的变化为，由外正内负变为外负内正，再变为外正内负，则会出现膜内外电位差为0的情况，D错误。
【归纳】膜电位变化曲线解读
【易错提醒】
(1) 静息电位形成之后，细胞内K+浓度仍然大于细胞外，动作电位形成之后，细胞外Na+的浓度仍然大于细胞内。
(2)静息状态时，膜内外存在电位差，表现为外正内负，不是零电位。
(3)动作电位是瞬时变化的电位，动作电位包括上升支和下降支。
【合作探究】阅读下面两则材料，分析以下问题。
材料1：1942年，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。
材料2：1949年，霍奇金和卡茨用不含Na+的等渗透压的葡萄糖代替海水，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。
1.决定静息电位和动作电位大小的离子分别是什么？
2.试总结胞外Na+、K+浓度变化对静息电位和动作电位大小的影响。
提示：细胞外溶液中K+浓度、细胞外溶液中Na+浓度。
提示：
【合作探究】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。
1.如果要测定枪乌贼神经元的正常电位，应该在何种溶液中测定？
2.如何能测量枪乌贼神经纤维的静息电位和动作电位的大小呢？请在下图的实验装置中选择合适的实验位点连接微电极。
提示：钠钾离子浓度与内环境相同的环境中进行
提示：选择b、c两点作为实验位点连接微电极，如图所示，未刺激前所测为静息电位，刺激后所测为动作电位。
【拓展3】动作电位的“全或无”
“全或无”现象：要使细胞产生动作电位，所给刺激必须达到一定的强度（阈刺激）。若刺激未达到一定强度,动作电位就不会产生(无)；当刺激达到一定强度时，所产生的动作电位的幅度便到达该细胞动作电位的最大值，不会随刺激强度的继续增强而增大(全)。
【模式图】在t1、t2、t3时刻分别给予某神经纤维三次强度相同的刺激，测得神经纤维电位变化如下图所示。
【解读】(1)t1时，刺激强度低于阈值，不能直接引起动作电位产生。（但膜电位发生变化）
(2)t2和t3时，在同一部位连续给予多个阈下刺激，可以产生叠加效应，引发动作电位产生。
(3) t4时，刺激达到一定强度，动作电位一旦产生，就不再随刺激强度的继续增强而增大。
【拓展4】不同因素下膜电位曲线的变化
①利用药物Ⅰ阻断Na+通道 ②利用药物Ⅱ阻断K+通道;
③利用药物Ⅲ打开Cl-通道，导致Cl-内流 ④将神经纤维置于低Na+溶液
神经纤维置于低Na+溶液
利用药物Ⅱ阻断K+通道
利用药物I阻断Na+通道
利用药物Ⅲ打开Cl-通道
【基础诊断】
1.神经细胞膜内外离子分布的不平衡是动作电位和静息电位产生的基础（ ）
2.未受刺激时，膜电位为外负内正，受刺激后变为外正内负（ ）
3.刺激离体的神经纤维中部，产生的兴奋沿神经纤维向两侧传导（ ）
4.神经纤维上兴奋的传导方向与膜内局部电流的传导方向相同（ ）
1.√　 2.×　提示：未受刺激时，膜电位为外正内负，受刺激后变为外负内正。
3.√ 　 4.√　课时分层训练(五)　神经冲动的产生和传导(1)
知识点　兴奋在神经纤维上的传导
1．2023年亚运会男子足球比赛中，球员踢球瞬间，神经冲动在神经纤维上的传导形式是(　　)
A．静息电位 B．电信号
C．突触传导 D．反射弧
B　[神经冲动在神经纤维上是以电信号的形式进行传导的，B项符合题意。]
2．神经纤维上形成动作电位的主要原因是(　　)
A．K＋通过被动运输外流
B．K＋通过主动运输外流
C．Na＋通过被动运输内流
D．Na＋通过主动运输内流
C　[神经纤维上形成动作电位的主要原因是Na＋通过被动运输内流，神经纤维上形成静息电位的主要原因是K＋通过被动运输外流，C项符合题意。]
3．神经细胞处于静息状态时，细胞内外K＋和Na＋的分布特征是(　　)
A．细胞外K＋和Na＋浓度均高于细胞内
B．细胞外K＋和Na＋浓度均低于细胞内
C．细胞外K＋浓度高于细胞内，Na＋相反
D．细胞外K＋浓度低于细胞内，Na＋相反
D　[由于神经细胞处于静息状态时，膜主要对K＋有通透性，造成K＋通过协助扩散方式外流，使膜外阳离子浓度高于膜内，产生内负外正的静息电位，但细胞外的K＋浓度依然低于细胞内。当神经细胞处于静息状态时，细胞外Na＋浓度高于细胞内，有从细胞外向细胞内扩散的趋势，但Na＋通道关闭。当受到刺激时，Na＋通道开放，膜外Na＋通过协助扩散进入细胞，因此静息状态时，细胞外Na＋浓度高于细胞内，细胞内K＋浓度高于细胞外，D正确。]
4．将神经细胞置于相当于细胞外液的溶液S中，给予细胞一个适宜的刺激，膜两侧会出现一个暂时性的电位变化，这种膜电位变化称为动作电位。适当降低溶液S中的Na＋浓度，测量该细胞的动作电位，可观察到(　　)
A．动作电位峰值不变
B．动作电位峰值先升高后降低
C．动作电位峰值升高
D．动作电位峰值降低
D　[动作电位产生的原因是Na＋内流，适当降低溶液S中的Na＋浓度，会使进入细胞的Na＋减少而引起动作电位峰值下降。]
5．下图为膝跳反射活动中神经纤维上某一位点的膜电位变化情况。下列有关叙述错误的是(　　)
A．ac段Na＋进入细胞不消耗能量
B．cd段K＋运出细胞不消耗能量
C．兴奋在该神经纤维上单向传导
D．b点膜电位为零，膜内外无离子进出
D　[ac段表示动作电位的产生，主要是由Na＋通道打开、Na＋内流引起的，该过程属于协助扩散，不消耗能量，A正确；cd段表示静息电位的恢复，此时Na＋通道关闭，K＋通道打开，K＋大量外流，该过程属于协助扩散，不消耗能量，B正确；兴奋在反射弧中从感受器开始传递，依次经过传入神经、神经中枢、传出神经、效应器，因此兴奋在反射弧中各处都是单向传导的，C正确；b点时仍为动作电位的产生过程，此时主要发生Na＋内流，D错误。]
6．将电流表的a、b两极置于离体神经上，在某一位点给予适宜电刺激，观察到指针发生了两次偏转，其中第一次发生的偏转如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A．据图分析，刺激位点位于b点右侧
B．电流表第二次偏转的方向与第一次相同
C．若提高溶液中K＋浓度，相同刺激后电流表指针偏转幅度增大
D．刺激靠近a点的c点，依据电流表偏转情况可证明兴奋在神经纤维上双向
传导
D　[据图分析，刺激位点位于b点右侧或者a和b点之间靠近b点的位置，A错误；电流表第二次偏转的方向与第一次相反，B错误；动作电位主要与膜内外Na＋浓度差有关，提高溶液中K＋浓度对动作电位无影响，故偏转幅度不会增大，C错误；刺激靠近a点的c点，电流表发生两次偏转，说明兴奋先传导到a点。后传导到b点，则可证明兴奋在神经纤维上双向传导，D正确。]
7．下图表示神经纤维在离体培养条件下，受到刺激时产生动作电位及恢复过程中的电位变化，下列有关分析错误的是(　　)
A．ab段神经纤维处于静息状态
B．bd段主要是Na＋外流的结果
C．若增加培养液中的Na＋浓度，则d点将上移
D．若受到刺激后，导致Cl－内流，则c点将下移
B　[ab段在未受到刺激时神经纤维处于静息状态；bd段产生了动作电位，主要是Na＋内流的结果；若增加培养液中的Na＋浓度，会使Na＋内流的量增多，动作电位的峰值将增大，则d点将上移；若受到刺激后，导致Cl－内流，使膜内负电荷增多，静息电位将增大，则c点将下移。]
8．图1为某一种神经纤维示意图，将一电位计的a、b两电极置于膜外，在X处给予适宜刺激，测得电位变化如图2所示。下列说法错误的是(　　)
A．受刺激时，电位计的指针将发生两次方向相反的偏转
B．图1电位计指针偏向左时，a电极处神经纤维膜处于动作电位
C．在图2中的t3时刻，兴奋传导至b电极处
D．t1～t2、t3～t4电位的变化分别是Na＋内流和K＋外流造成的
D　[受刺激时，电位计的指针在电信号传导至a时偏转一次，传导到b时再偏转一次，故会发生两次方向相反的偏转，A正确；图1电位计指针偏向左时，a处应该是负电位、b处应该为正电位，此时a处于动作电位，B正确；图2中的t3时刻，是在产生第二次偏转的时候，兴奋传导至b电极处，并产生电位变化，C正确；t1～t2、t3～t4电位的变化都是先Na＋内流产生动作电位，再K＋外流恢复静息电位导致的，故t1～t2、t3～t4电位的变化都是Na＋内流和K＋外流造成的，D错误。]
9．(不定项)神经纤维受到刺激时，细胞膜内、外的电位变化是(　　)
A．膜外由正电位变为负电位
B．膜内由负电位变为正电位
C．膜外由负电位变为正电位
D．膜内由正电位变为负电位
AB　[静息状态时，膜电位表现为内负外正，当神经纤维受到刺激时，钠离子大量内流，膜电位表现为内正外负，即膜外由正电位变为负电位，膜内由负电位变为正电位，A、B正确。]
10．图1表示缩手反射的反射弧，图2表示图1虚线框内局部结构放大示意图，请回答相关问题：
(1)图1中表示效应器的是________(填字母)，由____________________________
_________________________________________________________________组成。
(2)图2中，表示兴奋部位的是________(填字母)。兴奋产生的主要原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(3)图3是测量神经纤维膜内外电位的装置，图4是测得的动作电位变化，据图回答下列问题：
①图3状态测得的电位相当于图4中________区段的电位，若该神经纤维接受突触前膜释放的兴奋性神经递质，则图3的指针有何变化？__________(填“向左”“向右”或“不变”)。
②图4中当神经纤维受到刺激时，Na＋内流引起的是________区段的变化。在图4的全程中一直存在________的跨膜运输。
答案：(1)B　运动神经末梢及其所支配的肌肉　(2)h　受到刺激后，Na＋内流　(3)①AB(DE)　向左　②BC　离子