Question

5．科學研究表明：細胞外液中K⁺濃度會影響神經纖維靜息電位的大小，而細胞外液中Na⁺濃度幾乎不影響；但細胞外液中Na⁺濃度會影響受刺激神經膜電位的變化幅度和速率．請根據以下提供的材料和用具設計實驗證明．要求寫出實驗思路，預測實驗結果并分析預測結果．
材料和用具：測量電位變化的測量儀器、刺激器、生理狀態一致的槍烏賊離體神經纖維若干、正常海水、低K⁺海水、高K⁺海水、低Na⁺海水、高Na⁺海水等（注：不同海水的滲透壓相等但K⁺或Na+濃度不同）
（1）實驗思路：①將槍烏賊離體神經纖維分成5組，分別放到正常海水、低K⁺海水、高K⁺海水、低Na⁺海水、高Na⁺海水中）；
②一段時間后，分別測量、記錄槍烏賊離體神經纖維的靜息電位；
③分別給予這5組槍烏賊離體神經纖維相同的適宜刺激，再測量、記錄槍烏賊離體神經纖維的電位變化．
（2）預測實驗結果
①在不同K⁺濃度的海水中，按靜息電位絕對值由大到小排序，順序是低K⁺海水＞正常海水＞高K⁺海水．
②在答題紙的坐標中畫出不同Na⁺濃度海水中槍烏賊離體神經纖維受刺激后的膜電位變化曲線（假設在正常海水中：靜息電位是-70mV，變化的最大幅度是105mv，從開始去極化到復極化完成大約需1.5ms時間）．

a為正常海水、b為低Na⁺海水、c為高Na⁺海水
（3）分析預測結果
①在不同K⁺濃度的海水中，靜息電位如此排序，這是因為在不同K⁺濃度的海水中，K⁺外流的量不同，造成靜息電位不同．
②在不同Na⁺濃度海水中神經纖維受刺激后的膜電位變化曲線呈現圖中所示結果，是因為在不同Na⁺濃度的海水中Na⁺內流的量和速率不同，造成電位變化的幅度和速率不同．

Answer 1

分析 設計實驗的一般思路是：1、根據實驗目的確定自變量和因變量，排除無關變量，設計實驗步驟；
2、科學分組，設計并做好對照試驗；
3、記錄實驗開始時的各種現象和數據；
4、根據自變量的情況開始實驗，觀察、測量、記錄實驗現象和數據；
5、統計結果，分析實驗現象和數據，得出實驗結果．

解答 解：（l）①根據題干分析，這一步應該是進行實驗分組，操作時要注意遵循等量原則、對照原則等，即將槍烏賊離體神經纖維分成5組，分別放到正常海水、低K⁺海水、高K⁺海水、低Na⁺海水、高Na⁺海水中；
②這一步是記錄實驗開始時的現象，測量有關數據，為實驗結束后的數據分析做準備，具體做法是一段時間后，分別測量、記錄槍烏賊離體神經纖維的靜息電位；
③改變自變量，記錄實驗過程中的因變量變化情況，就是分別給予這5組槍烏賊離體神經纖維相同的適宜刺激，再測量、記錄槍烏賊離體神經纖維的電位變化
（2）①靜息電位主要是由鉀離子外流造成的，鉀離子外流是通過離子通道的協助擴散，與膜外鉀離子難度有關，膜外鉀離子難度越高，外流鉀離子就越少，靜息電位就越低，反之就越高．
（3）①鉀離子外流是通過離子通道的協助擴散，與膜外鉀離子難度有關，膜外鉀離子難度越高，外流鉀離子就越少，靜息電位就越低，反之就越高．
②動作電位主要是由鈉離子內流造成的，在不同Na⁺濃度的海水中產生動作電位時，單位時間內內流到膜內的鈉離子數量不同，造成動作電位的峰值會降低，速率會減慢．
故答案為：
（l）①將槍烏賊離體神經纖維分成5組，分別放到正常海水、低K⁺海水、高K⁺海水、低Na⁺海水、高Na⁺海水中；
②一段時間后，分別測量、記錄槍烏賊離體神經纖維的靜息電位；
③分別給予這5組槍烏賊離體神經纖維相同的適宜刺激，再測量、記錄槍烏賊離體神經纖維的電位變化
（2）①低K⁺海水＞正常海水＞高K⁺海水
②
a為正常海水、b為低Na⁺海水、c為高Na⁺海水
（3）①K⁺外流的量      ②Na⁺內流的量和速率

點評 本題結合圖示主要考查實驗的設計能力和興奮的產生過程，意在提高學生的實驗分析和相關知識點的綜合運用能力，本題難度較大．