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生物电的发现与膜电位的产生
基础梳理
1．生物电的发现
(1)1786年，伽伐尼发现，若电击刚解剖出来的蛙坐骨神经—腓肠肌标本，肌肉会收缩。
(2)伏打得知以上结果后多次重复该实验。
(3)英国剑桥大学的霍奇金和他的同事们，利用枪乌贼巨大神经纤维为材料，成功地测量了单个细胞膜内外的电位差及其变化，证明了生物电存在的事实。这种存在于细胞膜内外的电位差，称为膜电位。
2．膜电位的产生
(1)产生原因
细胞膜内外的离子浓度不同，以及离子的跨膜运输。
(2)静息电位的产生
当神经细胞处于静息状态时，K＋通道开放(Na＋通道关闭)，这时K＋会从浓度高的膜内向浓度低的膜外运动，使膜外带正电，膜内带负电。膜外正电的产生阻止了膜内K＋的继续外流，使膜电位不再发生变化，产生静息电位。
(3)动作电位的产生
当神经细胞受到刺激后，Na＋通道会立即开放，Na＋大量涌入细胞内，使细胞处于膜内带正电、膜外相对带负电的兴奋状态，此时的电位为动作电位。
[思维激活1]膜电位产生时离子进出细胞的方式如何？
提示 Na＋、K＋顺浓度梯度进出细胞时是协助扩散，逆浓度梯度时是主动运输。
合作探究
静息电位和动作电位的产生
正常情况下神经细胞的膜内外存在着离子差异。
1．静息电位的形成
2．动作电位的形成——受刺激时兴奋产生
[巩固1]下列能正确表示神经纤维受刺激时，刺激点膜电位由静息电位转为动作电位过程的是( )。
A．①→④ B．②→③
C．③→② D．④→①
解析 静息状态下神经纤维膜外为正电位，膜内为负电位，受刺激后，电荷分布变为外负内正。
答案 D
动作电位的传导
基础梳理
1．神经冲动的传导：细胞的动作电位一旦产生，就会向该细胞的其他部位不衰减地传送或扩展。
2．传导的过程
膜内，兴奋区的正电荷向邻近的静息区流动；膜外，电流流动方向与膜内方向相反。两者共同作用，使静息区的膜电位上升而产生动作电位。
3．一般特征：生理完整性、双向传导、非递减性传导、绝缘性、相对不疲劳性。
[思维激活2]兴奋在神经纤维上的传导方向与电流方向有怎样的关系？
提示 兴奋的传导方向与膜外电流方向相反，与膜内电流方向一致。
合作探究
1．兴奋：是指动物体或人体内的某些组织(如神经组织)或细胞感受外界刺激后由相对静止状态变为显著活跃状态的过程。
(1)可以兴奋的组织包括神经、肌肉和腺体。
(2)引起兴奋的刺激可以来自生物体内，也可来自外界环境，但必须是适宜刺激。
2．兴奋在神经纤维上的传导
(1)传导形式：局部电流。
(2)传导过程：静息电位→刺激→动作电位→电位差→局部电流。
(3)传导特点：双向传导。
3．电位的测量与变化曲线
特别提醒①在膜外，兴奋的传导方向与局部电流的方向相反。
②在膜内，兴奋的传导方向与局部电流的方向相同。
③在一个神经元内有一处受到刺激产生兴奋，迅速传至整个神经元细胞，即在该神经元的任何部位均可测到生物电变化。
[巩固2]在一条离体神经纤维的中段施加电刺激，使其兴奋。下图表示受刺激时，膜内外电位变化和所产生的神经冲动传导方向(横向箭头表示传导方向)。其中正确的是( )。
解析 神经纤维在未受刺激时，细胞膜电位表现为膜外正电位，膜内负电位。当神经纤维的某一部位受到刺激产生兴奋时，膜外由正电位变为负电位，膜内由负电位变为正电位，但是邻近的静息区仍然是膜外正电位膜内负电位。这样，细胞膜内外的兴奋区与邻近的静息区之间形成了电位差，就有了电荷移动，形成了局部电流。该电流在膜外由静息区流向兴奋区，在膜内则由兴奋区流向静息区，从而形成了局部电流回路。
答案C
静息电位和动作电位的形成机理
【例1】(山东高考)如图表示枪乌贼离体神经纤维在Na＋浓度不同的两种海水中受刺激后的膜电位变化情况。下列描述错误的是( )。
A．曲线a代表正常海水中膜电位的变化
B．两种海水中神经纤维的静息电位相同
C．低Na＋海水中神经纤维静息时，膜内Na＋浓度高于膜外
D．正常海水中神经纤维受刺激时，膜外Na＋浓度高于膜内
思维导图 解决本题的关键是看懂坐标曲线的含义。
答案 C
反思总结神经细胞某部位受刺激前后，膜两侧电位差变化的曲线解读：
A线段——静息电位，外正内负，K＋通道开放；
B点——0电位，动作电位形成过程中，Na＋通道开放；
BC段——动作电位，Na＋通道继续开放，Na＋内流；
CD段——静息电位恢复形成(K＋通道打开，K＋外流)；
DE段——通过Na-K泵，Na+排出，K+流入，逆浓度梯度，且需消耗能量，属于主动运输。
动作电位的传导与恢复的测定
【例2】取出枪乌贼完整无损的粗大神经纤维并置于适宜环境中，进行如下图实验。G表示灵敏电流计，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。请据下图分析回答下面的问题。
(1)静息状态时的电位，A侧为________，B侧为______(正或负)。
(2)局部电流在膜外由________区流向________区，在膜内由________区流向________区，这样就形成了局部电流回路。
(3)兴奋在神经纤维上的传导方向是________向的。
(4)如果将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(如上图所示)，电流计的指针会发生两次方向________(填“相同”或“相反”)的偏转。若将b电极置于d处膜外(ab＝bd)，a电极位置不变，则刺激c处后，电流计是否偏转？________。
思维导图
解析 神经纤维上兴奋的传导具有双向性。静息状态时，电位是“外正内负”，兴奋状态时，兴奋区的电位是“外负内正”。若在c处给予一个强刺激，当b点兴奋时，a点并未兴奋，即b点膜外是负电位，而a点膜外是正电位，根据电流由正极流向负极，可知此时电流计的指针向右偏转；同理，当a点兴奋时，b点并未兴奋，此时电流计的指针向左偏转。
答案 (1)正 负 (2)静息 兴奋 兴奋 静息
(3)双 (4)相反 偏转
反思总结神经表面电位差的实验图示
在蛙的坐骨神经上放置两个电极，连接到一个电表上。
①静息时，电表没有测出电位差，说明神经表面各处电位相等(图1)。
②当在图示神经的左侧一端给予刺激时，可以看到，靠近刺激端的电极处先变为负电位，接着恢复正电位(图2和图3)。
③然后，另一电极处变为负电位，接着又恢复为正电位(图3和图4)。
1．用新鲜的保持生物活性的青蛙坐骨神经—腓肠肌标本进行下列实验，观察不到肌肉收缩的是( )。
解析 用同种金属构成回路时，无法形成金属电流，肌肉不收缩。
答案 A
2．神经细胞在静息时具有静息电位，受到适宜刺激时可迅速产生能传导的动作电位，这两种电位可通过仪器测量。A、B、C、D均为测量神经纤维静息电位示意图，正确的是(多选)( )。
答案 AC
3．刺激神经纤维的某一部位使其产生兴奋，则其膜内外产生局部电流的流动方向是( )。
A．膜外由静息区流向兴奋区，膜内与膜外相同
B．膜外由静息区流向兴奋区，膜内与膜外相反
C．膜外由兴奋区流向静息区，膜内与膜外相反
D．膜外由兴奋区流向静息区，膜内与膜外相同
解析 在神经纤维处于静息状态时，神经纤维膜两侧的电位表现为内负外正。当神经纤维的某一部位受到刺激时，此部位的膜两侧的电位发生变化，由内负外正变为内正外负。因此，在兴奋区和邻近的静息区之间就产生电位差，形成了局部电流，并且在膜外由静息区流向兴奋区，在膜内由兴奋区流向静息区。
答案 B
4．下图1是测量神经纤维膜内外电位的装置，图2是测得的膜电位变化。请据图回答下面的问题。
图1
图2
(1)图1装置A测得的电位相当于图2中__________点的电位，该电位称为__________电位。装置B测得的电位相当于图2中__________点的电位，该电位称为__________电位。
(2)当神经纤维受到适宜刺激后，在兴奋区，膜对离子的________性发生变化，________离子大量流向膜__________________________________________________，
引起电位逐步变化，此时相当于图2中的________段。
解析 由图示可知，A装置测的是静息电位，B装置测的是动作电位。神经冲动的传导过程是电化学变化的过程，神经受到刺激时，细胞膜的通透性发生急剧变化，兴奋区Na＋的流入量增加，静息状态时K＋的流出量增加，所以神经冲动是伴随着Na＋大量的流入和K＋的大量流出而发生的。
答案 (1)A 静息 C 动作
(2)通透 钠 内 B
一、选择题(共8小题，每小题5分，共40分)
1．当神经细胞处于静息状态时( )。
A．钠离子通道开放，钾离子通道关闭
B．钾离子通道开放，钠离子通道关闭
C．钠离子通道开放，钾离子通道开放
D．钠离子通道关闭，钾离子通道关闭
答案 B
2．当刺激神经纤维上的某一点时，将会出现( )。
A．所产生的冲动向轴突末梢方向传导
B．该部位细胞内的阳离子比细胞外的阳离子少
C．所产生的冲动向树突末梢方向传导
D．该部位细胞内的阳离子比细胞外的阳离子多
答案 D
3．静息时和产生兴奋后，神经纤维细胞膜内外电位分别是( )。
A．内正外负、内负外正 B．内负外正、内正外负
C．内负外正、内负外正 D．内正外负、内正外负
答案 B
4．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．①②B．③④C．②③D．①③
答案 A
5．以枪乌贼的粗大神经纤维为材料，如图所示，这时观测到a、b间局部电流的流动方向是( )。
A．在膜内是b→a
B．在膜内可以是b→a，也可以是a→b
C．在膜外是b→a
D．在膜外是a→b
答案 C
6．取出枪乌贼的粗大神经纤维，进行如下图所示的实验：将电位计的两个微型电极a、b分别置于神经纤维膜外，强刺激c处，电位计指针的偏转情况是( )。
A．不发生偏转
B．发生一次偏转
C．发生两次方向相同的偏转
D．发生两次方向相反的偏转
解析 电位计连接在神经纤维膜外的两个点上，先后发生兴奋。
答案 D
7．以枪乌贼的粗大神经纤维作材料，在神经纤维的表面放置两个相距2～3cm的电极a和b，在图中的刺激点给予较强的电刺激(如图所示)。依据观测到的电流表指针偏转情况所绘出的曲线是( )。
解析 电刺激传到a时，a点变为负电位，然后恢复原来的0电位。电刺激传到b时，b点变为负电位，然后恢复原来的0电位。电流表指针两次偏转的方向相反。
答案 C
8．神经冲动是动物体或人体内某些组织或细胞感受外界刺激后，由相对静止状态变为显著活跃状态的过程，下列关于神经冲动的描述正确的是( )。
A．口腔上皮细胞与神经元相比，神经元产生神经冲动的能力更强
B．神经冲动产生是神经元上膜电位由静息电位变为动作电位的过程
C．神经元只能产生神经冲动不能传导神经冲动，神经冲动是在神经纤维上传导的
D．在神经元上，神经冲动是静息电位的传导过程
答案 B
二、非选择题(共10分)
9．(10分)结合图示探究1、2、3处单独刺激时，电表指针的偏转次数及方向。
答案 (1)刺激1：偏转次数：2次。
偏转方向：先向左偏转再向右偏转。
(2)刺激2：偏转次数：0次。
偏转方向：不偏转。
(3)刺激3：偏转次数：2次。
偏转方向：先向右偏转再向左偏转。
本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/04cdc3484128915f804d2b160b4e767f5bcf80d3.html
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