(共37张PPT)
第1课时 兴奋在神经纤维上的传导
第2章 神经调节
第3节 神经冲动的产生和传导
阐明神经细胞膜内外在静息状态具有电位差，受到外界刺激后形成动作电位，并沿神经纤维传导。
课标要求
1．神经表面电位差的实验
知识点 兴奋在神经纤维上的传导
(1)静息时，电表没有测出电位差，说明静息时神经表面各处电位____。
(2)在图示位置的左侧给予刺激时，电极a处先变为__电位，接着恢复__电位；然后另一电极b处发生同样的变化。
(3)实验说明在神经系统中，兴奋是以______的形式沿着神经纤维传导的，这种电信号也叫________。
相等
负
正
电信号
神经冲动
2．传导过程
(1)静息电位表现为________，是由___外流形成的，
如图中的__处。
(2)动作电位表现为________，是由_____内流形成的，
如图中的__处。
(3)兴奋部位与未兴奋部位之间存在______，形成了________。
(4)局部电流刺激相近的未兴奋部位发生同样的电位变化，兴奋向前传导，原兴奋部位又恢复为________。
内负外正
K＋
a
内正外负
Na＋
b
电位差
局部电流
静息电位
兴奋的产生和传导过程中K＋外流和Na＋内流的跨膜运输方式是什么？说出你的判断依据。
提示：协助扩散。K＋主要分布于细胞内，Na＋主要分布于细胞外，K＋外流和Na＋内流均为顺浓度梯度进行的，且需要转运蛋白的协助。
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。
( )
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．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。 ( )
√
√
√
×
一、下表为静息时神经元和肌肉细胞膜内、外某些离子的浓度。
细胞类型 细胞内浓度(mmol/L) 细胞外浓度(mmol/L)
Na＋ K＋ Na＋ K＋
枪乌贼神经元轴突 50 400 460 10
蛙神经元 15 120 120 1.5
哺乳动物肌肉细胞 10 140 150 4
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？
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。
2．静息时膜内外离子浓度差形成的原因是什么？
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。
3．动作电位产生的机理是什么？
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。
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？
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。
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？
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。
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：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。
二、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？
提示：细胞外溶液中K＋浓度、细胞外溶液中Na＋浓度。
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：细胞外液中Na＋、K＋浓度改变对电位的影响
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
三、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？
提示：钠钾离子浓度与内环境相同的环境中进行。
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：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。
[深化归纳]
1．膜电位变化曲线解读
2．膜电位的测量方法
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
[对点练习]
1．(2022·浙江6月选考)听到上课铃声，同学们立刻走进教室，这一行为与神经调节有关。该过程中，其中一个神经元的结构及其在某时刻的电位如图所示。下列关于该过程的叙述，错误的是( )
A．此刻①处Na＋内流，②处K＋外流，且两者均不需要消耗能量
B．①处产生的动作电位沿神经纤维传播时，波幅一直稳定不变
C．②处产生的神经冲动，只能沿着神经纤维向右侧传播出去
D．若将电表的两个电极分别置于③④处，指针会发生偏转
√
A [根据兴奋传递的方向为③→④，则①处恢复静息电位，为K＋外流，②处Na＋内流，A错误；动作电位沿神经纤维传导时，其电位变化总是一样的，不会随传导距离而衰减，B正确；反射弧中，兴奋在神经纤维上的传导是单向的，由轴突传导到轴突末梢，即向右传播出去，C正确；将电表的两个电极置于③④处时，由于会存在电位差，指针会发生偏转，D正确。]
2．(不定项)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。下列分析中，错误的是( )
A．表1和表2记录得到的电位变化说明兴奋在神经纤维上双向传导
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，膜内Na＋浓度高于膜外
D．表1所测初始值为静息电位，表2所测初始值为零电位
√
CD [表1和表2记录得到的电位变化说明兴奋在神经纤维上双向传导，A正确；图乙②点处于产生动作电位的过程中，动作电位的产生与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，此时膜内Na＋浓度仍然低于膜外，C错误；表1所测初始值为零电位，表2所测初始值为静息电位，D错误。]
√
(1)离体神经纤维上兴奋的传导是双向的，在生物体内反射过程中，神经纤维上的神经冲动只能来自感受器，因此兴奋在神经纤维上的传导是单向的。
(2)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。
(3)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。
1．静息时，细胞膜两侧的电位表现为内负外正，称为静息电位。
2．静息电位表现为内负外正，是由K＋外流形成的。动作电位表现为内正外负，是由Na＋内流形成的。
3．兴奋在神经纤维上的传导方向与膜内局部电流的方向一致，与膜外局部电流的方向相反。
4．兴奋在神经纤维上以电信号的形式双向传导。
1．以枪乌贼的粗大神经纤维做材料，图中箭头表示电流方向，下列说法错误的是( )
课堂检测 素养测评
A．在a点左侧刺激，依次看到的现象是④②④③④
B．在b点右侧刺激，依次看到的现象是④③④②④
C．在a、b两点中央刺激，依次看到的现象是④①④
D．在a、b两点中央偏左刺激，依次看到的现象是④③④②④
√
D [在a点左侧刺激，此时a、b两点是未兴奋点，电荷分布如图④，然后a、b两点依次兴奋，见图中②④③情况，最后a、b两点电位归为静息电位④，A正确；在b点右侧刺激，此时a、b两点是未兴奋点，电荷分布如图④，然后b、a两点依次兴奋，见图中③④②情况，最后a、b两点电位归为静息电位④，B正确；在a、b两点的中央刺激，兴奋向两侧同时等速传导，所以会出现图④①④的情况，C正确；当刺激神经纤维产生兴奋时，膜的两侧发生电位变化，兴奋沿刺激点向神经纤维的两侧传导，如果刺激点在a、b两点的中央偏左，所以a点先兴奋，电位如图中②情况，b点后兴奋，电位如图中③情况，因此依次看到的现象的顺序是④②④③④，D错误。]
2．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
√
C [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。]
3．图1为神经纤维受刺激后的膜电位变化图，图2表示相应的生理变化，回答以下问题：
(1)当神经纤维未受到刺激时，其膜外的电位表现为________，该电位的形成与图2中的________(填“甲”或“乙”)所代表的生理变化对应，从离子变化的角度分析，该电位形成的基础是____________
________________________________________________________。
正
甲
Na＋明显高于膜内，K＋浓度低于膜内，静息时主要对K＋有通透性
神经细胞膜外
(2)当神经纤维受到刺激时会产生动作电位，其膜电位变化会出现图1中的________(填“③”或“⑤”)所示的变化，若降低神经纤维外的Na＋浓度，则动作电位的幅度会________(填“升高”或“降低”)。
(3)食用了含有物质L的食物后，物质L可与神经元上的Na＋通道结合，使其持续开放，引发一系列中毒症状。为缓解物质L所带来的中毒症状，可以研制__________________的药物。
③
降低
抑制Na＋通道开放
[解析] (1)神经纤维未受到刺激时，为外正内负的静息电位，由钾离子外流维持。该电位的形成与图2中的甲所代表的生理变化对应，该电位形成的基础是神经细胞膜外Na＋明显高于膜内，K＋浓度低于膜内，静息时主要对K＋有通透性。(2)图1中，③表示由Na＋内流(经Na＋通道的协助扩散)引起的动作电位的产生过程，其峰值取决于Na＋内流的量，若降低胞外Na＋浓度，细胞内外Na＋浓度差减少，Na＋内流的量减少，导致幅度降低。(3)阻遏或抑制Na＋通道开放的药物可使物质L无法发挥作用。
(教师用书独具)
以下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
√
A [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＋的外流有关，A错误，B正确；图乙中刺激神经纤维，产生兴奋，兴奋先传导到电表右侧电极，后传导到电表左侧电极，所以会引起指针发生两次方向相反的偏转，C正确；兴奋时，神经纤维膜对Na＋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，D正确。]课时分层作业(5) 兴奋在神经纤维上的传导
题组一 兴奋在神经纤维上传导的过程
1．下列关于动作电位和静息电位的描述，不正确的是( )
A．动作电位与静息电位的变化过程中不仅仅只有Na＋内流或K＋外流
B．兴奋时Na＋大量内流，需要转运蛋白的协助，不消耗能量
C．K＋的大量外流是神经纤维形成静息电位的主要原因
D．不受刺激时，神经纤维膜内外没有电位差
2．关于细胞内外K＋、Na＋和Cl－的叙述，错误的是( )
A．Na＋与神经细胞膜上兴奋传导有关
B．Na＋和Cl－是形成哺乳动物血浆渗透压的主要物质
C．神经细胞静息电位形成的主要原因是K＋外流
D．人体血浆中K＋的浓度比红细胞中的高
3．当刺激神经纤维上的某一点时，将会出现( )
A．所产生的冲动只向轴突末梢方向传导
B．所产生的冲动只向树突末梢方向传导
C．受刺激部位膜外的电势很快下降
D．受刺激部位膜内的电势很快下降
4．发令枪响后，运动员冲向前方，这一行为与神经调节有关。下图是该过程中一个神经元的结构及其在某时刻的膜电位示意图。下列叙述正确的是( )
A．神经元的轴突比较长，更有利于接收信息
B．此刻①处Na＋大量内流，②处K＋大量外流，且均不需要耗能
C．恢复静息电位的过程与细胞呼吸产生的ATP无关
D．②处产生的神经冲动，只能沿着神经纤维向右侧传导
题组二 膜电位的测量及相关曲线分析
5．将枪乌贼离体的神经纤维置于培养液(相当于细胞外)中来研究兴奋的传导。图中①②③④表示神经纤维膜上的位点，阴影部分表示开始产生局部电流的区域。下列分析不正确的是( )
A．刺激①之后，膜内电流的方向与兴奋传导方向相同
B．若增加培养液中Na＋的浓度，电流计指针偏转幅度会增大
C．刺激①之后，电流计的指针会发生两次相反方向的偏转
D．将Na＋通道阻断剂作用于神经纤维，电流计的测量结果不变
6．如图是某神经纤维动作电位的模式图，相关叙述正确的是( )
A．a、e两点电位形成的原因主要是K＋外流
B．b、d两点膜内Na＋浓度相等
C．bc段Na＋通过主动运输进入细胞内
D．刺激强度越大，c点的电位越大
7．正常情况下，神经纤维上某一点受到刺激后电位变化记录如图甲；在实验装置中加入河豚毒素后，给予该部位同种强度的刺激，结果电位变化如图乙、下列有关说法正确的是( )
A．适当降低培养液中钾离子浓度可以提高曲线甲的B点绝对值
B．图甲中动作电位的产生是由兴奋性递质与受体相结合而引起的
C．图甲中由B→A过程中神经纤维膜内K＋/Na＋的比值会变大
D．图乙不能形成动作电位，可能是河豚毒素抑制了呼吸酶的活性
8．如图为神经纤维的局部结构示意图，被髓鞘包裹区域(b、d)钠、钾离子不能进出细胞，裸露区域(a、c、e)钠、钾离子进出不受影响。下列叙述正确的是( )
A．c区域处于兴奋状态，膜内钠离子较膜外少
B．b、d区域能产生动作电位
C．a区域处于静息状态时，细胞膜对钠离子的通透性较大
D．局部电流在轴突上的传导方向为a→c和e→c
9．(不定项)图1是测量离体神经纤维膜内外电位的装置示意图，图2表示测得的膜电位变化情况。下列叙述正确的是( )
A．图1中A、B分别表示神经纤维受刺激前、后的电位情况
B．神经纤维的状态由B变为A的过程中，细胞膜对Na＋的通透性增大
C．图1中A、B测得的电位大小可能分别对应图2中D、F点
D．适当降低细胞外Na＋浓度，在相同条件刺激下图2中F点会下移
10．痒觉被定义为一种引起搔抓欲望的不愉快的躯体感觉，可以被机械、温度和化学刺激所诱导。痒觉的产生依赖于痒觉神经元的兴奋性。研究人员对痒觉神经元产生兴奋的特征进行了相关实验。请回答下列问题：
(1)痒觉神经元受到电刺激后，细胞膜相应部位大量________内流引起细胞膜外电位发生的变化是________，兴奋最终传到________的相应区域，形成痒觉。
(2)研究人员用不同强度的电流刺激(单位：pA)处理痒觉特异性神经元(记为神经元1)和非痒觉特异性神经元(记为神经元2)，两种神经元的阈电位(能够引起动作电位的最小电刺激)和一次电刺激后产生的动作电位数分别如图甲、乙所示。
①该实验中自变量为_____________________________________________。
②由图可知，痒觉特异性神经元的兴奋特征是________，即痒觉特异性神经元产生兴奋更________(填“容易”或“困难”)。课时分层作业(5)
1 2 3 4 5 6 7 8 9
D D C D D A A A ACD
10．(1)Na＋ 由正变负 大脑皮层 (2)①神经元的种类、电刺激强度 ②阈电位更高，产生动作电位数更少 困难
1．D [动作电位与静息电位的变化过程中不仅仅只有Na＋内流或K＋外流，还有其他物质进出细胞，以及Na＋ K＋泵主动运输吸收钾离子排出钠离子，A正确；兴奋时Na＋大量内流，动作电位产生，此时需要转运蛋白的协助，不消耗能量，该过程钠离子进入细胞的方式为协助扩散，B正确；神经纤维形成静息电位的主要原因是钾离子通道打开，钾离子外流，故K＋的大量外流是神经纤维形成静息电位的主要原因，该过程中钾离子是通过协助扩散进行的，不需要消耗能量，C正确；不受刺激时，神经纤维膜内外具有电位差，即表现为外正内负的静息电位，D错误。]
2．D [Na＋与神经细胞膜上兴奋传导有关，Na＋内流会产生兴奋，A正确；Na＋和Cl－是形成哺乳动物血浆渗透压的主要物质，B正确；神经细胞静息电位形成的主要原因是K＋外流，该过程K＋的运输为协助扩散，不消耗能量，C正确；人体血浆中K＋浓度比红细胞中低，D错误。]
3．C [刺激神经纤维上某一点时，所产生的冲动在神经元上是双向传导的，A、B错误；刺激神经纤维上某一点时，兴奋部位的膜内由负电位变为正电位，膜外由正电位变为负电位，因此受刺激部位膜外的电势很快下降，受刺激部位膜内的电势很快上升，C正确，D错误。]
4．D [神经元的轴突比较长，更有利于传导兴奋，A错误；反射弧上兴奋传导是单向的，即兴奋传导的方向为③→④，则①处恢复静息电位，K＋外流，②处产生动作电位，Na＋内流，二者都是协助扩散，不消耗能量，B错误；静息电位由K＋外流形成，为协助扩散不消耗ATP，但K＋外流的前提是需要Na＋ K＋泵进行主动运输来维持细胞内外的离子浓度，需要细胞呼吸产生的ATP供能，C错误；反射弧中，兴奋在神经纤维的传导是单向的，由轴突传导到轴突末梢，即②处产生的神经冲动，只能沿着神经纤维向右侧传导，D正确。]
5．D [刺激①之后，膜内局部电流的方向与兴奋传导方向相同，膜外电流的方向与兴奋传导方向相反，A正确；动作电位是由Na＋内流引起的，增加培养液中Na＋的浓度，刺激后会导致内流的Na＋浓度增加，所以电流计指针偏转幅度会增大，B正确；刺激①之后，兴奋先传导到②，后传导到③，所以电流计会先向右偏转再向左偏转，各1次，C正确；将Na＋通道阻断剂作用于神经纤维，则Na＋内流减少，产生的动作电位变小，所以电流计的测量结果发生改变，D错误。]
6．A [a点为维持静息电位，e点为恢复静息电位，静息电位的产生和维持是由于K＋通道开放，K＋外流，A正确；bc段动作电位产生的主要原因是细胞膜上的Na＋通道开放，Na＋内流造成，cd段是动作电位恢复到静息电位的过程，该过程中Na＋通道多处于关闭状态，K＋通道开放，K＋外流，因此b、d两点膜内Na＋浓度不相等，B错误；bc段动作电位产生的主要原因是细胞膜上的Na＋通道开放，Na＋内流造成的，方式为协助扩散，C错误；动作电位大小与钠离子浓度差有关，而与刺激的强度无关，D错误。]
7．A [适当降低培养液中钾离子浓度，静息时钾离子外流增多，静息电位变大，可以提高曲线甲的B点绝对值，A正确；图甲中动作电位的产生是由钠离子内流导致的，图中研究的是神经纤维膜上动作电位的产生过程，显然该过程的发生应该是一定强度的刺激改变了神经细胞膜的离子通透性，使钠离子大量内流产生了外负内正的动作电位，B错误；图甲中A处为动作电位，B处为静息电位，受刺激后，Na＋内流产生动作电位，神经纤维膜内Na＋变多，故图甲中B处神经纤维膜内K＋/Na＋的比值比A处的大，则图甲中由B→A过程中神经纤维膜内K＋/Na＋的比值会变小，C错误；图乙不能形成动作电位，应是河豚毒素抑制了兴奋的传导，即可能是抑制了钠离子内流的过程，D错误。]
8．A [由于c区域受到刺激，钠离子内流，造成膜两侧的电位表现为内正外负；膜内正离子多，但膜内钠离子仍然少于膜外，A正确。由于被髓鞘细胞包裹的轴突区域(b、d)钠、钾离子不能进出细胞，所以刺激c区域，b、d 区域不能产生动作电位，B错误。a区域处于静息状态时，细胞膜对钠离子的通透性较小，对钾离子的通透性较大，膜两侧的电位表现为内负外正，C错误。局部电流在轴突内的传导方向为c→a和 c→e，D错误。]
9．ACD [分析图1可知，A测得的电位是外正内负(静息电位)，B测得的电位是外负内正(动作电位)，A正确；神经纤维的状态由B(动作电位)变为A(静息电位)的过程中，细胞膜对K＋的通透性增大，B错误；分析图1中A测得的电位是静息电位，对应图2中的D点，B测得的电位是动作电位，对应图2 中的F点，C正确；适当降低细胞外Na＋浓度，在相同条件刺激下，Na＋内流量减少，导致动作电位的峰值下降，即图2中F点会下移，D正确。]
10．(1)兴奋的产生与钠离子内流有关，痒觉神经元受到电刺激后，细胞膜相应部位Na＋大量内流引起细胞膜外电位发生由正变负的变化，兴奋最终传到大脑皮层的相应区域，形成痒觉。(2)①结合题意及图示可知，该实验中自变量有神经元的种类和电刺激强度。②图甲显示出痒觉神经元的阈电位更高，图乙显示出痒觉特异性神经元产生动作电位数更少，即痒觉特异性神经元产生兴奋更困难。
