高中生物膜电位测定及相关的实验探究

加强提升课(6) 膜电位测定及相关的实验探究
突破一 膜电位的变化及测量
1．膜电位峰值变化的判断
（1）K ＋浓度只影响静息电位
⎩⎪⎨⎪⎧K ＋浓度升高→电位峰值升高
K ＋浓度降低→电位峰值降低 （2）Na ＋浓度只影响动作电位⎩
⎪⎨⎪⎧Na ＋浓度升高→电位峰值升高Na ＋浓度降低→电位峰值降低 2．膜电位的测量
(1)膜电位的测量方法 测量方法 测量图解 测量结果
电表一极接膜外，另一极接膜内
电表两极均接膜外(内)侧
1．将神经细胞置于相当于细胞外液的溶液(溶液S)中，可测得静息电位。

给予细胞一个适宜的刺激，膜两侧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，测量该细胞的静息电位和动作电位，可观察到( )
A ．静息电位值减小
B ．静息电位值增大
C ．动作电位峰值升高
D ．动作电位峰值降低 解析：选D 。

静息电位的产生是由于细胞内K ＋外流，动作电位的产生是由Na ＋内流导致的，如果减少溶液S 中的Na ＋浓度，则会导致动作电位形成过程中Na ＋内流量减少，而使峰值降低。

2．(2020·天津模拟)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
解析：选C。

分析题图曲线可知，曲线a表示神经纤维，受刺激后膜内电位上升，变为正值，之后又变为负值，符合动作电位曲线图，代表正常海水中膜电位的变化，A正确；a、b两条曲线的起点与终点的膜电位值相同，则说明两种海水中神经纤维的静息电位相同，B 正确；不论是低钠海水，还是正常海水，静息状态都是膜外Na＋浓度高于膜内，C错误；正常海水中神经纤维受刺激时，膜外Na＋浓度高于膜内，D正确。

3．下图是某神经纤维动作电位的模式图，下列叙述正确的是()
A．K＋的大量内流是神经纤维形成静息电位的主要原因
B．bc段Na＋大量内流，需要载体蛋白的协助，并消耗能量
C．cd段Na＋通道多处于关闭状态，K＋通道多处于开放状态
D．动作电位大小随有效刺激的增强而不断加大
解析：选C。

神经纤维形成静息电位的主要原因是K＋的大量外流，A项错误；bc段Na＋通过协助扩散的方式大量内流，需要载体蛋白的协助，不消耗能量，B项错误；cd段K ＋外流，此时细胞膜对K＋的通透性大，对Na＋的通透性小，K＋通道多处于开放状态，Na＋通道多处于关闭状态，C项正确；动作电位的大小与有效刺激的强弱无关，只要达到了有效
刺激强度，动作电位就会产生，其电位变化情况是相对固定的，但其最大值会受细胞外液中Na＋浓度的影响，D项错误。

突破二膜电位变化与电流表的指针偏转问题
1．兴奋传导与电流计指针偏转问题
(1)兴奋在神经纤维上的双向传导
(2)兴奋在神经元之间的单向传递
2．“三看法”判断电流计指针偏转
4．在某溶液中维持正常活性的离体神经纤维受到适宜刺激时，受刺激部位细胞膜两侧会出现暂时性的电位变化，产生神经冲动。

下图所示为受刺激部位的膜电位变化趋势(曲线1)和膜内Na＋含量变化趋势(曲线2)，下列有关分析错误的是()
A．c点对应的膜电位的大小受膜外Na＋浓度的影响
B．b、d两点对应的膜电位均代表静息电位
C．e～f段膜内Na＋含量增多，该过程不消耗能量
D．a点神经细胞膜内K＋浓度高于膜外
解析：选B。

曲线1上c点对应的膜电位表示动作电位的峰值，主要由Na＋内流形成，所以c点对应的膜电位的大小受膜外Na＋浓度的影响，A正确；b、d两点对应的膜电位的数值均为0，不是静息电位，B错误；e～f段膜内Na＋含量增多是Na＋内流导致的，该过程中Na＋通过协助扩散的方式内流，不需要消耗能量，C正确；a点神经细胞处于静息状态，神经细胞膜两侧电位为外正内负，此时细胞膜内K＋浓度比膜外高，D正确。

5．(2020·山东泰安期末)下图是用甲、乙两个电流表研究神经纤维及突触上兴奋产生及传导的示意图。

下列有关叙述错误的是()
A．静息状态下，甲指针偏转，乙指针不偏转
B．刺激a处时，甲指针偏转一次，乙指针偏转两次
C．刺激b处时，甲指针维持原状，乙指针偏转一次
D．清除c处的神经递质，再刺激a处时，甲指针偏转一次，乙指针不偏转
解析：选D。

甲电流表的两极分别位于膜外和膜内，乙电流表的两极均置于膜外，静息状态下，甲电流表膜外为正电位，膜内为负电位，甲指针偏转，而乙电流表两极没有电位差，不发生偏转，A正确；刺激a处时，兴奋传到甲电流表处时，指针偏转一次，兴奋传至乙电流表两极时，乙电流表发生两次不同方向的偏转，B正确；刺激b处时，由于兴奋在突触处传递的单向性，兴奋无法向左传递，甲指针维持原状，电流表乙指针偏转一次，C正确；清除c处的神经递质，再刺激a处时，兴奋无法传到右侧神经元，甲指针偏转一次，乙指针偏转一次，D错误。

突破三反射弧中兴奋传导特点的实验探究
1．切断实验法确认传入神经与传出神经
若切断某一神经，刺激外周段(远离中枢的位置)，肌肉不收缩，而刺激向中段(近中枢的位置)，肌肉收缩，则切断的为传入神经，反之则为传出神经。

2．“药物阻断”实验
探究某药物(如麻醉药)是阻断兴奋在神经纤维上的传导，还是阻断在突触处传递，可分别将药物置于神经纤维上或置于突触处，依据其能否产生“阻断”效果作出合理推断。

3．电刺激法探究反射弧中兴奋传导的特点
(1)探究冲动在神经纤维上的传导
(2)探究冲动在神经元之间的传递
6．(2020·山西五地市一模)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③处释放，在②中通过________与①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)反射需要经过完整的反射弧才能完成，直接刺激支配肌肉的传出神经，肌肉收缩，不能称为反射。

(2)神经兴奋后，神经递质由③突触前膜处释放，在②突触间隙中扩散至①突触后膜处，与其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指针偏转情况。

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，灵敏电流计指针发生两次方向相反的偏转；刺激d处时，肌肉收缩，灵敏电流计指针不发生偏转。

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指针偏转情况。

预期实验结果：刺激b处时，肌肉收缩，灵敏电流计指针发生两次方向相反的偏转；刺激d处时，肌肉收缩，灵敏电流计指针不发生偏转。

7．(2020·山东淄博一模)下图为反射弧模式图，A～E表示其组成，甲、乙是置于神经纤维B、D上记录电位变化的电位计。

请回答下列问题：
(1)该反射弧中C为________，E的功能是________________________________。

(2)刺激a点能引起A的收缩，该过程________(填“属于”或“不属于”)反射。

在________(填“a”“b”“a或b”)点给予足够强度刺激时，甲、乙两电位计都可记录到电位变化。

随后在A中的神经—肌肉接点(突触)处发生的信号变化是__________________，引起上述信号变化的信息分子是_________________________________________________。

(3)将甲、乙两个蛙心分离出来，并在心脏中充入适量任氏液(主要成分为0.7%NaCl溶
液)。

电刺激与甲心脏相连的神经，结果心跳加速、加强；随后将甲内的任氏液取出并转移到乙心脏中，也引起乙心脏跳动加速、加强。

对乙心脏跳动加速、加强最合理的解释是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

实验中任氏液能维持一段时间内离体蛙心脏正常的生理功能，任氏液相当于蛙体内的________。

解析：(1)图中A是效应器，B是传出神经，C是神经中枢，D是传入神经，E是感受器。

其中感受器接受刺激，产生兴奋。

(2)直接刺激传出神经引起效应器的收缩不属于反射，因为这个过程没有经过完整的反射弧。

由于突触处的兴奋传递是单向的，因此刺激b点甲、乙两电位计都可记录到电位变化，而刺激a点只有甲电位计可记录到电位变化；突触前膜释放神经递质作用于突触后膜，突触处的信号变化为电信号→化学信号→电信号。

(3)电刺激甲后其产生了兴奋(心跳加速、加强)，然后将甲中的任氏液转移到乙心脏中，没有刺激也引起乙心脏跳动加速、加强，说明甲心脏的神经受刺激后释放神经递质并扩散到任氏液中，转移后作用于乙心脏的心肌细胞，使乙心脏跳动加速、加强；该实验中的任氏液相当于蛙体内的组织液。

答案：(1)神经中枢接受刺激，产生兴奋
(2)不属于b电信号→化学信号→电信号神经递质
(3)甲心脏的神经受刺激后释放神经递质并扩散到任氏液中，转移后作用于乙心脏的心肌细胞，使乙心脏跳动加速、加强组织液。