重难01 动作电位产生和传导的相关实验探究（重难点突破讲义）（解析版）

/重难01动作电位产生和传导的相关实验探究1．理解电位产生的机理并能够测量静息电位和动作电位。2．能够分析电位变化的曲线及电流计偏转的原因。3.会设计实验探究兴奋在反射弧中的传导特点。1.膜电位的测量静息电位的测量①灵敏电流计的一极与神经纤维膜外侧连接，另一极与膜内侧连接，观察到指针发生偏转(如图甲)，测量出静息电位；②两极都与神经纤维膜外侧(或膜内侧)相连接时，指针不偏转(如图乙)。动作电位的测量电流计两极均与膜外侧相连，在电流计一侧给予适宜刺激，电流计测出的就是动作电位的变化。2.膜电位变化曲线(1)a点之前——静息电位:神经细胞质膜对K+的通透性大,对Na+的通透性小,主要表现为K+外流,使膜电位表现为外正内负,人为规定膜外为0电位,所以静息电位为负值。(2)ac段——动作电位的形成过程:神经细胞受刺激时,Na+通道打开,Na+大量内流,导致膜电位迅速逆转,表现为外负内正。(3)ce段——静息电位的恢复过程:Na+通道关闭,K+通道打开,K+大量外流,膜电位逐渐恢复为静息电位。(4)ef段——一次兴奋完成后,钠钾泵将流入的Na+泵出膜外,将流出的K+泵入膜内,以维持细胞外Na+浓度高和细胞内K+浓度高的状态,为下一次兴奋做好准备。3.探究兴奋在反射弧中的传导特点根据下图来设计实验方案:（1）探究兴奋在神经纤维上的传导（2）探究兴奋在神经细胞之间的传递4．电流计指针偏转的分析(1)同一神经细胞电流计指针偏转次数的判断(2)在神经细胞之间电流计指针偏转次数的判断题型01膜电位的测量及膜电位变化曲线分析动作点位和静息电位的测量方法不同，对应的变化曲线也不同，根据电位产生的机理，可绘制相应曲线，如下图所示：【典例1】电流计与离体神经纤维的连接方式如图1所示，图2是在箭头处施加适宜的刺激后，根据电流计指针的变化得到的曲线图。下列有关叙述正确的是（）A．若加大刺激强度，则动作电位峰值随之增大B．当ab=0时，两个波峰重叠，电流表指针不偏转C．动作电位传至a处时，膜内K+浓度小于膜外D．施加刺激后，电流计指针共发生两次相同方向的偏转【答案】D【解析】施加阈刺激与任何强度的阈上刺激引起的动作电位水平是相同的，A错误；当ab=0时，两个电极处同时发生电位改变，两个波峰重叠，电流计指针偏转一次，B错误；神经细胞内的K+浓度明显大于膜外，动作电位传至a处时，膜内K+浓度仍然大于膜外，C错误；在图1中，与电流计相连的两电极分别置于处于静息状态的神经纤维内部的a点和外表面的b点，膜两侧的电位表现是内负外正，此时电流计的指针向左偏转。施加刺激产生兴奋时，刺激部位的膜两侧的电位变为内正外负。当兴奋传到a点时，两电极处都是正电位，电流计指针指向0；当兴奋离开a点尚未到达b点时，a点膜两侧的电位恢复为内负外正，电流计指针恢复为最初的向左偏转状态；当兴奋传到b点时，两电极处都是负电位，电流计指针又指向0。可见，电流计指针共发生两次相同方向的偏转，D正确。【典例2】坐骨神经可以支配包括腓肠肌在内的多块骨骼肌。取坐骨神经-腓肠肌标本，将电位表的两个电极置于坐骨神经表面Ⅱ、Ⅲ两处，如图甲。在坐骨神经Ⅰ处，给一个适当强度的电刺激，指针偏转情况如图乙，其中h1＞h2，t1＜t3。下列叙述错误的是（）A．实验中电位表测量到两次方向相反的电位变化B．当Ⅲ处神经纤维处于外负内正状态时，K+通道为关闭状态C．神经纤维的传导速度不同可导致t1＜t3D．两个电极之间的距离越远t2的时间可能越长【答案】B【解析】由于刺激产生的兴奋依次经过Ⅱ处和Ⅲ处，使Ⅱ处和Ⅲ处膜外电位存在电位差，电位表指针偏转，由于兴奋部位是外负内正的膜电位，而未兴奋部位及已经恢复静息电位的部位为外正内负的膜电位，故指针发生两次方向相反的偏转，即实验中电位表测量到两次方向相反的电位变化，A正确；当Ⅲ处神经纤维处于外负内正状态时，即为兴奋部位，主要由Na⁺内流维持，但此时并非所有K⁺通道都关闭，B错误；t1、t3表示兴奋传过该位点所需要的时间，时间不同，可表示神经纤维的传导速度不同，即Ⅱ处和Ⅲ处神经纤维的传导速度不同可导致t1＜t3，C正确；两个电极之间的距离越远，Ⅱ处和Ⅲ处兴奋间隔越长，即t2的时间越长，D正确。题型02兴奋传导和传递特点的实验探究如下图：（1）探究神经冲动在神经纤维上的双向传导方法设计：电刺激图中①处，观察A的反应，同时测量②处的电位有无变化。结果分析：电刺激①处→A有反应eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(②处电位不改变→单向传导,②处电位改变→双向传导))（2）探究神经冲动在神经细胞之间的单向传递方法设计：先电刺激图中①处，测量③处电位变化；再电刺激③处，测量①处的电位变化。结果分析：①③都有电位变化→双向传递；只有①处电位有变化→单向传递(且传递方向为③→①)。【典例3】神经元之间可以通过突触相联系，为研究其机制进行图甲实验，结果如图乙、图丙所示。有关叙述错误的是（

）A．神经递质由突触前膜释放体现了细胞膜的流动性B．神经递质在突触间隙移动不需要消耗ATPC．轴突1、2释放的神经递质均为兴奋性递质D．轴突2通过影响轴突1释放神经递质，间接引起神经元M发生Na+内流【答案】C【解析】神经递质由突触前膜释放是通过胞吐，体现了膜的流动性，A正确；神经递质在突触间隙移动是通过扩散，不消耗ATP，B正确；图甲、乙、丙显示，图丙的电位差值小于图乙，轴突1释放的神经递质直接作用于神经元M，且产生的电位差较大，说明轴突1释放的神经递质为兴奋性递质，轴突2释放的递质作用于轴突1，使轴突1释放的神经递质减少，进而导致神经元M电位差小于图乙，说明轴突2释放的递质为抑制性递质，C错误；图丙中，轴突1也引起了突触后膜钠离子内流，只不过钠离子内流的量减少，即轴突2是通过影响轴突1释放神经递质，进而导致M神经元Na⁺内流相对减少引起，D正确。【典例4】神经元上存在一种电压门控K+通道，当出现动作电位可引发这种电压门控K+通道开放。若利用药物阻断了某神经元上的电压门控K+通道，则其被刺激后，神经纤维上膜电位的变化情况是（）A． B．C． D．【答案】A【解析】动作电位的形成与Na+的跨膜运输有关，而静息电位的形成与K+的跨膜运输有关；据题意，当神经元出现动作电位可引发这种电压门控K+通道开放，从而使电位恢复到静息水平；因此阻断该离子通道且刺激后，会导致无法从动作电位恢复为静息电位，A正确，BCD错误。题型03判断电流计指针偏转问题“两看法”判断电流计指针偏转【典例5】如图是一个反射弧的部分结构图，甲、乙表示连接在神经纤维上的电表，当在A点施加一定的刺激时，甲、乙电表的指针发生变化情况正确的是（）A．甲发生一次偏转，乙不偏转B．甲发生两次方向相反的偏转，乙不偏转C．甲不偏转﹐乙发生两次方向相反的偏转D．甲、乙都发生两次方向相反的偏转【答案】A【解析】当刺激A点时，产生的兴奋在相应神经纤维上进行双向传导，则甲电表的左侧导线所在膜的电荷分布为外负内正时，右侧导线所在的另一神经纤维的膜电荷分布为外正内负，则甲电表的两接线柱之间有电位差，会导致甲发生一次偏转，当兴奋传到两个神经元之间时，由于兴奋在突触间的传递是单向的，只能由一个神经元的轴突传给另一个神经元的胞体或树突，不能逆向传递，所以右侧的神经元不兴奋，乙电表的两侧导线的膜外均是正电荷，无电位差，乙不偏转，A正确，BCD错误。【典例6】电表与神经纤维的连接方式如下图1所示，图2是在箭头处施加一定的刺激后，根据电表指针的变化作出的曲线图。下列有关叙述错误的是（

）A．无刺激时，电表测得的是静息电位；且图1中a、b两处膜内K+浓度均比膜外高B．若减小图1中ab的距离，则施加刺激后图2中的d也随之减小，当ab=0时电表指针不发生偏转C．若在ab中点用药物阻断电流通过，在箭头处施加刺激，电表指针发生一次偏转D．若将a点处电极移向膜外，在箭头处施加刺激，电表指针变化曲线图与图2不同【答案】B【解析】无刺激时，静息电位为外正内负，因此电流计测得的是静息电位，静息电位的形成机制为K+外流，并且其运输方式为协助扩散，因此图1中a、b两处膜内K+浓度均比膜外高，A正确；若减小图1中ab间的距离，则刺激时图2中的d也随之减小，但是当ab=0时，电表指针偏转一次，B错误；若在ab中点用药物阻断电流通过，在箭头处施加刺激，产生的兴奋只能传导到a点，b点不能兴奋，因此电表指针发生一次偏转，C正确；若将a点处电极移向膜外，a、b都在膜外，在箭头处施加刺激，电表指针变化曲线图与图2不同，D正确。1．兴奋性指神经元接受电刺激后产生动作电位的能力，图示神经元兴奋性变化与时间的关系，下列叙述错误的是（）A．处于ab段细胞的兴奋性为0，该细胞可能处于兴奋状态B．与cd段相比，处于bc段的细胞需要较弱的刺激就能产生动作电位C．处于cd段细胞还未完全恢复至静息电位D．处于de段细胞兴奋性恢复需依赖于Na+-K+泵【答案】B【解析】ab段细胞兴奋性为0，细胞可能处于正兴奋状态，大部分Na⁺或Ca²⁺通道已处于激活状态，不能再被激活，也可能处于锋电位的下降支，大部分Na⁺或Ca²⁺通道处于失活状态，不可能再次接受刺激而激活，因而细胞的兴奋性为0，A正确；bc段是细胞兴奋性逐渐向正常恢复的时期，此时上一时期失活的Na⁺通道开始复活，但复活的通道数量较少，因此必须给予较强的刺激才能激活足够的Na+通道，引发动作电位；cd段细胞均处于恢复静息电位状态，Na+通道已经完全复活，但膜电位还未完全回到静息电位，距离阈电位比较近，在该时期如果受到一个阈下刺激，就有可能引发动作电位，B错误，C正确；de段电位降低到静息电位以下水平，需要借助Na+-K+泵恢复到静息电位水平，D正确。2．能引起神经元产生动作电位的最低强度刺激称为阈刺激，刺激强度低于阈值时，神经元也可形成局部电位。与动作电位不同的是，局部电位没有不应期（二次刺激后，相应部位不再反应或反应强度减弱），且局部电位的效果可在时间和空间上产生叠加。下列叙述正确的是（）A．动作电位产生过程中，钾离子不会再进出细胞B．刺激强度超过阈刺激越多，引发的动作电位就越大C．同时给神经元相邻的部位以多个c强度的刺激，可能会引发动作电位D．局部电位消失后，极短时间内对同一部位施加刺激，该部位不会再产生局部电位【答案】C【解析】动作电位是细胞受到一定强度的刺激后，膜电位由静息电位内负外正的状态向内正外负的方向转变，细胞膜两侧存在离子浓度差，细胞膜内的钾离子浓度高于细胞膜外，而细胞外钠离子、钙离子、氯离子高于细胞内，这种浓度差的维持依靠离子泵的主动转运，主要是钠-钾泵，即每3个钠离子流出细胞，就有2个钾离子流入细胞内，因此钾离子还会再进出细胞，A错误；动作电位的形成主要与神经纤维膜内外的Na+浓度差有关，刺激强度只要超过阈刺激，引发的动作电位一样大，B错误；局部电位在一定限度内随刺激强度增减而增减，同时给神经元相邻的部位以多个c强度的刺激，可能会引发动作电位，C正确；局部电位没有不应期，局部电位消失后，极短时间内对同一部位施加刺激，该部位会再产生局部电位，D错误。3．图甲为某一种神经纤维示意图，将一电位计的a、b两极置于膜外，在X处给予适宜刺激，测得电位变化如图乙所示。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．图甲电位计指针偏转时，a或b处神经纤维膜处于动作电位C．在图乙中的t3时刻，兴奋传导至b处D．t1-t2、t3-t4电位的变化分别是Na+内流和K+外流造成的【答案】D【解析】受刺激时，电位计的指针在电信号传导至a时偏转一次，到b时再偏转一次，故会发生两次方向相反的偏转，A正确；图甲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；电位计指针偏向右时，b处应该是负电位、a处应该为正电位，此时b处于动作电位，B正确；在图乙中的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电位的变化都是先产生动作电位Na＋内流，再恢复静息电位K＋外流，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。4．图甲为某一神经纤维示意图，将一电表的a、b两极置于膜外，在X处给予适宜刺激，测得电位变化如图乙所示，下列相关叙述错误的是（

）A．图乙中的t₃时刻，对应图甲中兴奋传导至b电极处B．X处受到适宜刺激后，电表会发生两次方向相反的偏转C．t₁-t₂，t₃-t₄的峰值电位的大小主要与膜内外Na⁺的浓度差有关D．兴奋传导过程中，a、b间细胞膜内局部电流的方向为b→a【答案】D【解析】图乙中t1-t2是兴奋传导至a电极导致的电位变化，t3-t4是兴奋传导至b电极导致的电位变化，所以t3时刻对应图甲中兴奋传导至b电极处，A正确；在X处给予适宜刺激，兴奋先传到a电极，a电极处膜电位变为外负内正，b电极处仍为外正内负，此时电表指针发生一次偏转，当兴奋传到b电极时，b电极处膜电位变为外负内正，a电极处恢复为外正内负，电表指针又发生一次方向相反的偏转，所以电表会发生两次方向相反的偏转，B正确；t1-t2，t3-t4的峰值电位是动作电位，动作电位的产生主要是Na+内流引起的，其电位大小主要与膜内外Na+的浓度差有关，C正确；兴奋的传导方向与细胞膜内局部电流的方向相同，与细胞膜外局部电流的方向相反，在兴奋传导过程中，兴奋从a向b传导，所以a、b间细胞膜内局部电流的方向为a→b，D错误。5．科研人员将枪乌贼离体的神经纤维置于培养液中研究兴奋的产生和传导，装置如图。已知图示神经元释放兴奋性神经递质，并连有相同型号的电表Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ；无刺激时，电表Ⅱ指向零电位差，即指针未发生偏转。下列说法错误的是（）A．在P点给予适宜的刺激，电表Ⅰ指针摆动两次B．在T点给予适宜刺激，电表Ⅰ指针摆动两次C．在T点给予适宜刺激，接下来的某时间点三个电表具有相同的偏转方向D．若增大培养液Na+浓度，在P点给予适宜的刺激，三个电表指针偏转幅度都会增大【答案】D【解析】在P点给予适宜刺激，兴奋先传到电表Ⅰ的左电极，使左电极膜内变为正电位，右电极膜内仍为负电位，电表Ⅰ指针向左偏转；随后兴奋传到右电极，右电极膜内变为正电位，左电极膜内已恢复为负电位，电表Ⅰ指针向右偏转，所以电表Ⅰ指针摆动两次，A正确；在T点给予适宜刺激，由于兴奋能由突触前膜传递到突触后膜，即T→P，电表I也可以摆动两次，B正确；兴奋传至电表II右侧接线轴时，三块电表指针均向右偏转，C正确；图中电表III的两电极分别位于膜的内外，测定的是静息电位，静息电位主要是钾离子外流造成的，T处于突触后膜，在P点给予适宜的刺激，兴奋不会传递到T，故增大培养液Na+浓度，与钾离子外流无关，所以III读数不会增大，D错误。6．部分神经兴奋传导通路如下图，将电表的两极分别接在②④的膜外侧，下列叙述正确的是（

）A．④给予一定强度的刺激，若电表只偏转一次，则可证明兴奋在突触处是单向传递B．在②给予任一强度的刺激，电表都会发生两次反向偏转且肌肉会收缩C．若在②④分别给予不同强度的刺激使其产生兴奋，则在两处测得的电位也不相同D．细胞外液的K+和Na+浓度降低都会导致神经细胞的兴奋性提高【答案】A【解析】在④给予一定强度的刺激，若电表只偏转一次，说明兴奋不能传到②处，即兴奋不能从突触后膜传到突触前膜，即兴奋在突触处是单向传递，A正确；兴奋的产生需要一定的刺激强度，若刺激强度过低则②不会产生兴奋，电表不会发生偏转肌肉也不会收缩，同时③释放的神经递质可能是兴奋型也可能是抑制型，若释放的是抑制型神经递质则突触后膜不会产生兴奋，电表只发生一次偏转肌肉不会收缩，B错误；动作电位的产生与Na+以协助扩散的方式内流有关，②④所处的内环境一致，膜内外的Na+浓度一致，两处虽受到了不同强度的刺激但Na+的内流量相同，因此两处所测得的电位也是相同的，C错误；细胞外液的K+浓度降低使膜内外K+浓度差增大，静息电位形成时K+的外流量增加，使膜内外电位差加大，要转变成动作电位所需要内流的Na+量增加，神经细胞的兴奋性下降，细胞外液的Na+浓度降低使膜内外Na+浓度差减小，神经细胞在受到刺激时Na+的内流量减少，兴奋性下降，D错误。7．在脊髓中央灰质区，神经元a、b、c通过两个突触传递信息（突触前抑制主要参与感觉传入系统的精细调节，抑制非主要信号的传递），如图所示。下列相关叙述正确的是（）A．静息状态维持时，神经细胞会发生大量的K+外流B．a兴奋则会引起b、c之间的兴奋传递受抑制C．b兴奋使c内Na+快速外流产生动作电位D．与突触前抑制相比，突触后抑制是突触后膜直接被抑制性递质作用引起去极化【答案】B【解析】静息电位的产生原因K+外流，静息状态维持时，神经细胞会发生K+外流，A错误；突触前抑制主要参与感觉传入系统的精细调节，抑制非主要信号的传递，a兴奋后产生抑制性神经递质，a兴奋可能会引起b、c抑制，B正确；产生动作电位的原因是Na＋内流，而且b兴奋可能会使突触前膜释放抑制性神经递质，阴离子内流，进而使静息电位的绝对值增大，C错误；与突触前抑制相比，突触后抑制是突触后膜直接被抑制性递质作用引起超极化，而非“去极化”，D错误。8．科研人员将枪乌贼离体的神经元置于培养液中研究兴奋的产生和传导，装置如图。已知图示神经元释放兴奋性神经递质，并且连接有电表I、Ⅱ、Ⅲ。下列相关叙述正确的是（

）A．未给予刺激，三块电表都可以测量到静息电位数值B．在P点给予适宜刺激，三块电表指针都会偏转两次C．若增大培养液中K+浓度，电表I的指针读数将减小D．若增大培养液中Na+浓度，T点给予适宜刺激，电表Ⅱ指针偏转幅度会减小【答案】C【解析】图中电表I和Ⅲ的两电极分别位于膜的内外，测定的是静息电位，电表Ⅱ两电极同时在膜外侧，测定的不是静息电位，A错误；电表Ⅱ的两电极在膜外，但兴奋只能从T传向P，刺激P点电表Ⅱ的指针会发生一次偏转，但由于兴奋传递不到电表III所在的位置，因此电表III不偏转，电表Ⅰ的两电极在膜外，刺激P点电表Ⅰ的指针会发生两次偏转，B错误；图中电表I测定的是静息电位，静息时，神经细胞膜对钾离子的通透性大，钾离子大量外流，若增大培养液中K+浓度，则膜内外钾离子浓度差减小，钾离子外流减少，电表I的指针读数将减小，C正确；增大培养液Na+浓度，会影响动作电位峰值，刺激P点电表Ⅱ的指针会发生两次偏转，偏转幅度增大，D错误。9．图甲是动作电位的产生过程。图乙表示该离体神经纤维局部放大后膜内外电荷的分布情况。请回答下列问题：(1)分段分析图甲中电位变化情况：①A点时，神经细胞的膜电位为(填“静息电位”或“动作电位”)，形成原因是，膜电位表现为。②BC段时，神经细胞的膜电位为(填“静息电位”或“动作电位”)，形成原因是膜电位表现为。③CE段时，K⁺通道打开，相应离子以的方式大量外流，膜电位恢复静息电位。(2)K⁺外流和Na⁺内流属于