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1、膜电位的测定及兴奋传导与传递的相关实验探究膜电位的测定及兴奋传导与传递的相关实验探究 一、膜电位的测量及电流表指针偏转问题的分析 【考题范例】 如图表示用电表测量神经纤维某部位在受到一次刺激前后膜内外的电位变化， 下列有关 说法正确的是( ) A神经纤维在静息状态下膜内外的电位差为 30 毫伏 B左图装置测得的电位对应于右图中的 B 点的电位 C神经纤维受刺激后再次恢复到静息状态，电表指针两次通过 0 电位 D兴奋在神经纤维上的传导是单向的 审答提示 (1)神经纤维在静息状态下是外正内负， 动作电位相反。 (2)神经纤维形成 静息电位的主要原因是 K通道打开，K外流，动作电位产生的主要原因是细
2、胞膜上的 Na 通道开放，Na内流造成的，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通道多处于开放状态。 解析：选 C。神经纤维在静息状态下膜内外的电位差为 60 毫伏，故 A 错误；左图装置 测得的电位对应于右图中的 A 点的电位， 故 B 错误 ； 神经纤维受刺激后再次恢复到静息状态， 电表指针两次通过 0 电位，故 C 正确 ； 兴奋在神经纤维上的传导是双向的，在神经元之间的 传递是单向的，故 D 错误。 【备考锦囊】 1关于膜电位测量及曲线变化的分析 电流计两极分别置于神经纤维膜的内侧和外侧， 刺激任何一侧， 会形成一个波峰， 如图 1 所示，电流计两极均置于
3、神经纤维膜的外侧(或内侧)，刺激任何一端，会形成方向相反的两 个波峰，如图 2、图 3 所示，图 2 和图 3 的判断可根据试题中的提示得出。 2关于兴奋传导与电流表指针偏转问题的分析 (1)指针偏转原理 下面图中 a 点受刺激产生动作电位 “” ， 动作电位沿神经纤维传导依次通过 “abc” 时灵敏电流计的指针变化如下： (2)在神经纤维上 刺激 a 点，b 点先兴奋，d 点后兴奋，电流表指针发生两次方向相反的偏转。 刺激 c 点(bccd)，b 点和 d 点同时兴奋，电流表指针不发生偏转。 (3)在神经元之间(abbd) 刺激b点， 由于兴奋在突触间的传递速度小于在神经纤维上的传导速度，
4、a点先兴奋， d 点后兴奋，电流表指针发生两次方向相反的偏转。 刺激 c 点， 兴奋不能传至 a 点， a 点不兴奋， d 点可兴奋， 电流表指针只发生一次偏转。 【应考提升】 1如图表示用电表测量膜内外的电位差。当神经纤维受到刺激时，细胞膜上 Na通道 打开，膜外 Na顺浓度梯度大量流入膜内，此后 Na通道很快就进入失活状态，同时 K通 道开放，膜内 K在浓度差和电位差的推动下向膜外扩散。下列相关叙述正确的是( ) A神经纤维在静息状态下，电表不能测出电位差 B受刺激后膜外 Na大量流入膜内，兴奋部位膜两侧的电位是外正内负 C神经纤维受刺激时，兴奋传导方向与膜外局部电流方向相同 D从神经纤维
5、受刺激到恢复静息状态，电表指针两次通过 0 电位 解析 ： 选 D。 静息状态下膜电位表现为外正内负， 电表能够测出电位差 ； 受刺激后膜外 Na 大量流入膜内，兴奋部位膜两侧的电位是外负内正 ； 神经纤维受到刺激时，兴奋的传导方向 与膜内局部电流的方向相同；神经纤维静息时膜电位为内负外正，受刺激后 Na大量流入膜 内，此过程中电表指针通过 0 电位，恢复静息状态的过程中电表指针再次通过 0 电位。 2下图 1 为某一神经纤维示意图，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 2 所示。下列说法正确的是( ) A未受刺激时，电流表测得的为静息电位 B兴奋传导
6、过程中，a、b 间膜内电流的方向为 ba C在图 2 中的 t3时刻，兴奋传导至 b 电极处 Dt1t2，t3t4电位的变化分别是 Na内流和 K外流造成的 解析：选 C。图甲所示电流表的 a、b 两极置于膜外，指针不偏转，无法测出静息电位； 兴奋传导过程中， 膜内电流的方向与兴奋传导的方向一致， 均为 ab； 图乙中 t1t2， t3t4 电位的变化分别是a处和b处产生动作电位， 并且曲线中偏离横轴的一段均由Na内流造成， 偏回横轴的一段均由 K外流造成。 3甲、乙为电表，a、b、c、d 是测量电极，e、f 是刺激电极，各电极均置于神经细胞 膜外表面。e、f 之间的神经纤维被结扎。e 使静息
7、膜电位差明显增大、f 使静息膜电位差明 显减小。给予 e 点低于阈值的刺激、f 点高于阈值的刺激，下列叙述正确的是( ) A甲电表 a、b 处均能测得一个负电位 B甲电表指针可能发生两次方向相反的偏转 C当 c 处为外负内正状态时，K通道可能处于开放状态 D当兴奋传到 d 处时，膜发生的 Na外流需要 Na通道协助 解析：选 C。由题干信息 e 使静息膜电位差明显增大，由于 a、b 均处于神经纤维膜外， 不论给 e 点任何强度刺激，a、b 处均无电位差存在，所以甲电表不能测得电位，A 错误 ； 由 于给 e 点低于阈值的刺激， 所以无法引起神经纤维膜上的离子通道打开而不会改变膜内外电 位，所以
8、甲电表指针不会发生偏转，B 错误；当 c 处为外负内正状态时，说明 c 处处于兴奋 状态，主要是 Na通道打开，但此时其他部位的 K通道可能也处于开放状态，C 正确；当 兴奋传到 d 处时，膜发生的 Na内流(因为膜外的 Na浓度比膜内高)需要 Na通道协助，D 错误。 4以枪乌贼的粗大神经纤维作材料，在神经纤维某处的细胞膜内外放置电极 a 和 b(如 图 1)，在图 1 中 M 点给予一次适宜刺激，通过电压表测量神经细胞膜内、外电位差(膜内、 外电位差膜外电位膜内电位)。在图 2 中符合实验结果的曲线是( ) A B C D 解析：选 B。静息电位时，神经细胞膜上电位为内负外正，膜内外电位差
9、(膜内、外电 位差膜外电位膜内电位)为正，当受到适宜刺激时，神经细胞膜产生动作电位为外负内 正，膜内外电位差为负，符合实验结果的曲线为。 5如图是反射弧的局部结构示意图(a、d 点为两接线端之间的中点)，下列相关说法正 确的是( ) A若刺激 a 点，电流表可能偏转 1 次，电流表可能偏转 2 次，且方向相反 B若刺激 b 点，b 点会因为大量 Na通过主动运输方式内流而产生动作电位 C若刺激 c 点，电流表、电流表均可能偏转 2 次，且方向相反 D若刺激 a 点，d 处无电位变化，可能是由于突触前膜释放的是抑制性神经递质 解析：选 D。因为 a 点为电流表两接线端之间的中点，所以刺激 a 点
10、时兴奋同时传到 两极，无电位差，故电流表不偏转，若兴奋能够通过突触传递下去，则电流表将偏转 2 次，且方向相反。神经纤维上兴奋产生的主要原因是大量 Na内流，此时 Na内流的方式是 协助扩散。若刺激 c 点，兴奋不能通过 a、b 间的突触，电流表不发生偏转，电流表可 能偏转 2 次，且方向相反。突触前膜释放的神经递质有兴奋性神经递质和抑制性神经递质。 若突触前膜释放的是抑制性神经递质，刺激 a 点，则 d 处无电位变化。 二、兴奋传导与传递的相关实验探究 【考题范例】 (2018高考海南卷)为了验证反射弧的完整性是完成反射活动的基础， 某同学将甲、 乙 两只脊蛙(去除脑但保留脊髓的蛙)的左、
11、右后肢最长趾趾端(简称左、 右后趾) 分别浸入 0.5%硫酸溶液中，均出现屈肌反射(缩腿)，之后用清水洗净、擦干。回答下列问题： (1)剥去甲的左后趾皮肤，再用 0.5%硫酸溶液刺激左后趾，不出现屈肌反射，其原因是 _。 (2)分离甲的右后肢坐骨神经，假如用某种特殊方法阻断了传入神经，再将甲的右后趾 浸入 0.5%硫酸溶液中，不出现屈肌反射，则说明_。 (3)捣毁乙的脊髓，再用 0.5%硫酸溶液刺激蛙的左后趾，_ (填 “能” 或 “不能”) 出现屈肌反射，原因是_。 审答提示 (1)明确“反射”形成的条件。(2)明确反射弧的组成及兴奋传导的方向。 解析：(1)剥去甲的左后趾皮肤后，存在于左后
12、肢皮肤上的感受器缺失，则再用 0.5%硫 酸溶液刺激左后趾，不会出现屈肌反射。 (2)用某种特殊方法阻断了传入神经，再将甲的右后趾浸入 0.5%硫酸溶液中，不出现屈 肌反射，说明屈肌反射的发生要求传入神经的结构完整和功能正常。 (3)脊髓是脊蛙低级神经反射的神经中枢，因此捣毁蛙的脊髓，再用 0.5%硫酸溶液刺激 蛙的左后趾，则不能出现屈肌反射。 答案：(1)剥去皮肤导致反射弧的感受器缺失 (2)传入神经结构和功能完整是完成反 射活动所必需的 (3)不能 反射弧的神经中枢被破坏 【备考锦囊】 探究兴奋在反射弧中传导特点时常根据如下图示来设计实验方案。 1探究兴奋在神经纤维上的传导 (1) (2)
13、 2探究兴奋在神经元之间的传递 (1) (2) 【应考提升】 1在神经肌肉标本中，传出神经末梢与骨骼肌共同构成效应器，它们之间通过突触 连接在一起。图中 a、b、c、d(b 不在电流计两接线端中点)为可以进行电刺激的部位。请回 答下列问题： (1)刺激 a 处，肌肉收缩，该种现象不能称为反射，原因是_。 (2)神经兴奋后，神经递质由处释放，在中通过_与上的_ 结合，整个过程体现了细胞膜具有_的功能。 (3)已知兴奋在神经纤维上可双向传导，在突触处只能单方向传递。请利用神经肌肉 标本设计实验进行验证 (写出实验思路并预期实验结果)。 解析 ： (1)刺激 a 处，肌肉收缩，因无完整的反射弧参与，
14、所以该种现象不能称为反射。 (2)神经兴奋后，神经递质由突触前膜处释放，在突触间隙中通过扩散与突触后 膜上的特异性受体结合，整个过程体现了细胞膜具有控制物质进出和信息交流的功能。 (3)若利用神经肌肉标本设计实验，验证兴奋在神经纤维上可双向传导、在突触处只 能单方向传递，则其实验思路为：分别在 b、d 处依次施加一定强度的电刺激，观察肌肉收 缩情况及灵敏电流计偏转情况。因该实验是验证性实验，其结论是已知的，即兴奋在神经纤 维上可双向传导、在突触处只能单方向传递，所以预期的实验结果为 ： 刺激 b 处时，肌肉收 缩，灵敏电流计发生两次方向相反的偏转 ； 刺激 d 处时，肌肉收缩，灵敏电流计不发生
15、偏转。 答案：(1)无完整的反射弧参与 (2)扩散 特异性受体 控制物质进出和信息交流 (3)实验思路 ： 分别在 b、d 处依次施加一定强度的电刺激，观察肌肉收缩情况及灵敏电流计 偏转情况。 预期实验结果：刺激 b 处时，肌肉收缩，灵敏电流计发生两次方向相反的偏转；刺激 d 处时，肌肉收缩，灵敏电流计不发生偏转。 2某同学验证“动作电位沿着神经纤维传导时，其电位变化总是一样的，不会随传导 距离的增加而衰减” 。请利用提供的实验材料与用具加以验证，要求完善实验思路并进行分 析。 实验器材：生理状况正常的离体枪乌贼的巨大轴突作标本，电位测量装置若干个(示波 器)、生理盐水溶液、电刺激设备等。 (
16、要求 ： 答题时枪乌贼离体巨大轴突神经纤维标本制作、神经纤维生理盐水的具体浓度、 电刺激的强度、调制和示波器测量电位的具体方法不作要求) (1)实验思路： 取一个大培养皿， 加入足量特定浓度的生理盐水， 将新鲜离体的枪乌贼巨大轴突的神 经纤维标本浸泡在生理盐水中； 在神经纤维某一端的适宜位置上正确连接电刺激设备，然后将多个相同的示波器 _正确连接在神经纤维上； 在电刺激设备上用适宜强度的电刺激离体神经纤维使之产生一个动作电位； 同时观察并记录各电位测量装置的膜电位波形变化，统计分析实验数据并比较 _。 (2)预测实验结果： (3)分析与讨论： 神经纤维受到适宜刺激后产生动作电位， 其电位变化不
17、随传导距离的增加而衰减， 其 最大峰电位值仍相同的原因是动作电位峰电位值大小决定于_， 与传播 距离无关。 若本实验改用蛙的坐骨神经，实验发现 ： 当一根神经纤维在传导神经冲动时不会影响 其他神经纤维，原因最可能是_。 解析：(1)测量动作电位随传导距离的增加的变化，应将多个相同的示波器等距离地 连接在神经纤维上。 各电位测量装置记录的膜电位峰值即为动作电位的大小。 (3)动作电位的发生是由于钠离子快速进入神经纤维内导致的，峰电位值大小决定于 膜内外溶液的 Na的浓度差，与传播距离无关。 各神经纤维由髓鞘包围， 相互之间具有绝缘性， 所以当一根神经纤维在传导神经冲动 时不会影响其他神经纤维。 答案：(1)等距离 最大幅度值(或最大峰电位值) (3)膜内外溶液的 Na的浓度差 各 神经纤维之间具有绝缘性