Question

5．科学研究表明：细胞外液中K⁺浓度会影响神经纤维静息电位的大小，而细胞外液中Na⁺浓度几乎不影响；但细胞外液中Na⁺浓度会影响受刺激神经膜电位的变化幅度和速率．请根据以下提供的材料和用具设计实验证明．要求写出实验思路，预测实验结果并分析预测结果．
材料和用具：测量电位变化的测量仪器、刺激器、生理状态一致的枪乌贼离体神经纤维若干、正常海水、低K⁺海水、高K⁺海水、低Na⁺海水、高Na⁺海水等（注：不同海水的渗透压相等但K⁺或Na+浓度不同）
（1）实验思路：①将枪乌贼离体神经纤维分成5组，分别放到正常海水、低K⁺海水、高K⁺海水、低Na⁺海水、高Na⁺海水中）；
②一段时间后，分别测量、记录枪乌贼离体神经纤维的静息电位；
③分别给予这5组枪乌贼离体神经纤维相同的适宜刺激，再测量、记录枪乌贼离体神经纤维的电位变化．
（2）预测实验结果
①在不同K⁺浓度的海水中，按静息电位绝对值由大到小排序，顺序是低K⁺海水＞正常海水＞高K⁺海水．
②在答题纸的坐标中画出不同Na⁺浓度海水中枪乌贼离体神经纤维受刺激后的膜电位变化曲线（假设在正常海水中：静息电位是-70mV，变化的最大幅度是105mv，从开始去极化到复极化完成大约需1.5ms时间）．

a为正常海水、b为低Na⁺海水、c为高Na⁺海水
（3）分析预测结果
①在不同K⁺浓度的海水中，静息电位如此排序，这是因为在不同K⁺浓度的海水中，K⁺外流的量不同，造成静息电位不同．
②在不同Na⁺浓度海水中神经纤维受刺激后的膜电位变化曲线呈现图中所示结果，是因为在不同Na⁺浓度的海水中Na⁺内流的量和速率不同，造成电位变化的幅度和速率不同．

Answer 1

分析 设计实验的一般思路是：1、根据实验目的确定自变量和因变量，排除无关变量，设计实验步骤；
2、科学分组，设计并做好对照试验；
3、记录实验开始时的各种现象和数据；
4、根据自变量的情况开始实验，观察、测量、记录实验现象和数据；
5、统计结果，分析实验现象和数据，得出实验结果．

解答 解：（l）①根据题干分析，这一步应该是进行实验分组，操作时要注意遵循等量原则、对照原则等，即将枪乌贼离体神经纤维分成5组，分别放到正常海水、低K⁺海水、高K⁺海水、低Na⁺海水、高Na⁺海水中；
②这一步是记录实验开始时的现象，测量有关数据，为实验结束后的数据分析做准备，具体做法是一段时间后，分别测量、记录枪乌贼离体神经纤维的静息电位；
③改变自变量，记录实验过程中的因变量变化情况，就是分别给予这5组枪乌贼离体神经纤维相同的适宜刺激，再测量、记录枪乌贼离体神经纤维的电位变化
（2）①静息电位主要是由钾离子外流造成的，钾离子外流是通过离子通道的协助扩散，与膜外钾离子难度有关，膜外钾离子难度越高，外流钾离子就越少，静息电位就越低，反之就越高．
（3）①钾离子外流是通过离子通道的协助扩散，与膜外钾离子难度有关，膜外钾离子难度越高，外流钾离子就越少，静息电位就越低，反之就越高．
②动作电位主要是由钠离子内流造成的，在不同Na⁺浓度的海水中产生动作电位时，单位时间内内流到膜内的钠离子数量不同，造成动作电位的峰值会降低，速率会减慢．
故答案为：
（l）①将枪乌贼离体神经纤维分成5组，分别放到正常海水、低K⁺海水、高K⁺海水、低Na⁺海水、高Na⁺海水中；
②一段时间后，分别测量、记录枪乌贼离体神经纤维的静息电位；
③分别给予这5组枪乌贼离体神经纤维相同的适宜刺激，再测量、记录枪乌贼离体神经纤维的电位变化
（2）①低K⁺海水＞正常海水＞高K⁺海水
②
a为正常海水、b为低Na⁺海水、c为高Na⁺海水
（3）①K⁺外流的量      ②Na⁺内流的量和速率

点评 本题结合图示主要考查实验的设计能力和兴奋的产生过程，意在提高学生的实验分析和相关知识点的综合运用能力，本题难度较大．