神經(jīng)細(xì)胞的電位變化日益成為各套高考試題集中考查的熱點。原因是電位變化能夠綜合考查考生對“興奮在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)”及其相關(guān)知識掌握的透徹和靈活程度。而另外可以綜合的考查物理學(xué)的電位變化，數(shù)學(xué)模型的概括統(tǒng)一。所以，現(xiàn)將近年高考試題中的相關(guān)問題做一梳理和比較，希望能夠?qū)Υ祟悊栴}清晰思路，深入理解。
一、有關(guān)電位變化機(jī)理的背景知識
1.靜息電位 由于神經(jīng)細(xì)胞膜內(nèi)外各種電解質(zhì)離子濃度不同，膜外鈉離子濃度高，膜內(nèi)鉀離子濃度高，而神經(jīng)細(xì)胞膜對不同離子的通透性各不相同。神經(jīng)細(xì)胞膜在靜息時對鉀離子的通透性大，對鈉離子的通透性小，膜內(nèi)的鉀離子擴(kuò)散到膜外，而膜內(nèi)的負(fù)離子卻不能擴(kuò)散出去，膜外的鈉離子也不能擴(kuò)散進(jìn)來。所以，膜內(nèi)為負(fù)，膜外為正（極化狀態(tài)）。
2.動作電位 在神經(jīng)纖維膜上有兩種離子通道，一種是鈉離子通道，一種是鉀離子通道。當(dāng)神經(jīng)某處受到刺激時會使鈉通道開放，于是膜外的鈉離子在短期內(nèi)大量涌入膜內(nèi)，該處極化狀態(tài)被破壞，變成了內(nèi)正外負(fù)（反極化）。但在很短的時期內(nèi)鈉通道又重新關(guān)閉，鉀通道隨之開放，鉀離子又很快涌出膜外，使得膜電位又恢復(fù)到原來外正內(nèi)負(fù)的狀態(tài)。右圖即為整個過程的電位變化曲線。接著，在短時間內(nèi)，神經(jīng)纖維膜又恢復(fù)到原來的外正內(nèi)負(fù)狀態(tài)──極化狀態(tài)。
去極化、反極化和復(fù)極化的過程，也就是動作電位──負(fù)電位的形成和恢復(fù)的過程，全部過程只需數(shù)毫秒的時間。
3.測定電位的方法 科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種槍烏賊大神經(jīng)，具有的粗大的神經(jīng)纖維。又發(fā)現(xiàn)了一種玻璃管微電極，很細(xì)到尖端直徑＜1μm（只有0．5μm），管內(nèi)充以KCl溶液，插入神經(jīng)纖維膜內(nèi)，另一個電極放在膜外為參考電極，兩電極連接到電位儀測定極間電位差。發(fā)現(xiàn)未受刺激時的外正內(nèi)負(fù)為靜息電位，此狀態(tài)時神經(jīng)纖維膜內(nèi)的電位低于膜外的電位。也就是說，膜屬于極化狀態(tài)（有極性的狀態(tài)）。受刺激后形成的外負(fù)內(nèi)正為動作電位。不管是靜息電位還是動作電位均為跨膜電勢差。
二、幾種高考典型試題的分類解讀
題型一：神經(jīng)細(xì)胞膜內(nèi)外電位變化──
【典型題例１】：（2003年上海卷）將離體神經(jīng)置于不同鈉離子濃度的生理鹽水中，給予一定刺激后，下圖中能正確反映膜電位變化與鈉離子濃度關(guān)系的是（ ）
【試題解讀】：生理鹽水中的離體神經(jīng)，給予一定刺激后，可以出現(xiàn)膜電位變化，出現(xiàn)動作電位。鈉離子濃度越高，內(nèi)流量就越大，形成的動作電位電位峰值就越大，則膜電位變化就越大�？梢�，神經(jīng)細(xì)胞膜外的膜電位變化和鈉離子濃度成正相關(guān)。D曲線正確。
【典型題例２】：（2010年課標(biāo)卷）將神經(jīng)細(xì)胞置于相當(dāng)于細(xì)胞外液的溶液(溶液S)中，可測得靜息電位。給予細(xì)胞一個適宜的刺激，膜兩側(cè)出現(xiàn)一個暫時性的電位變化，這種膜電位變化稱為動作電位。適當(dāng)降低溶液S中的Na+濃度，測量該細(xì)胞的靜息電位和動作電位，可觀察到（ �。�
A．靜息電位值減小 B．靜息電位值增大
C．動作電位峰值升高 D．動作電位峰值降低
【試題解讀】：靜息電位的形成是因為神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)的鉀離子外流，動作電位的形成是因為神經(jīng)細(xì)胞外的鈉離子的內(nèi)流導(dǎo)致。降低了外液中的Na+濃度，必然使得Na+內(nèi)流減少，則動作電位的峰值就降低。
【解題啟示】：從兩道試題可以概括：神經(jīng)細(xì)胞的動作電位變化是在穩(wěn)定的生理鹽水溶液中進(jìn)行的膜電位變化。外界鈉離子濃度不同，所產(chǎn)生的膜電位差也不同，動作電位的峰值就不同，兩者呈現(xiàn)正相關(guān)增長。
題型二、電流表指針偏轉(zhuǎn)推理──
【典型題例3】：(2007廣東卷/多選)神經(jīng)細(xì)胞在靜息時具有靜息電位，受到適宜刺激時可迅速產(chǎn)生能傳導(dǎo)的動作電位，這兩種電位可通過儀器測量。A、B、C、D均為測量神經(jīng)纖維靜息電位示意圖，正確的是（ ）
【試題解讀】靜息電位是指細(xì)胞未受刺激時，存在于細(xì)胞膜內(nèi)外兩側(cè)的電位差。不管是靜息電位還是動作電位均為跨膜電勢差。所以，B、D選項不是靜息電位測量方法。而A左側(cè)的內(nèi)膜為負(fù)，右側(cè)膜外為正，電表指針向左偏轉(zhuǎn)；C選項右側(cè)的內(nèi)膜為負(fù)，左側(cè)膜外為正，電表指針向右偏轉(zhuǎn)。正確選AC。
【典型題例4】：（2010年浙江卷）下圖①-⑤依次表示蛙坐骨神經(jīng)受到刺激后的電位變化過程。下列分析正確的是（ �。�
A．圖①表示甲乙兩個電極處的膜外電位的大小與極性不同
B．圖②表示甲電極處的膜處于去極化過程，乙電極處的膜處于極化狀態(tài)
C．圖④表示甲電極處的膜處于復(fù)極化過程，乙電極處的膜處于反極化狀態(tài)
D．圖⑤表示甲電乙兩個電極處的膜均處于極化狀態(tài)
【試題解讀】：要注意審題不細(xì)致導(dǎo)致錯誤（有資料解析偏誤），這五個指針變化圖是神經(jīng)受到刺激后的電位變化的連續(xù)過程電位變化圖，即指針由①中間而②右偏，回③中間，再④向左，最后回到⑤中間。圖①指針不偏轉(zhuǎn)，說明甲和乙都為極化狀態(tài)且電位大小相同，A錯；圖②指針右偏，說明電流方向為甲→乙，受刺激部位為乙側(cè)，甲為極化狀態(tài)，乙為反極化狀態(tài)，處于去極化過程，B錯；③中指針偏回中間，說明興奮傳到了中點，甲和乙都為極化狀態(tài)；圖④指針左偏，興奮傳到甲處，甲膜外為負(fù)，電流方向為乙→甲，處于反極化狀態(tài)，乙膜外為正，處于極化狀態(tài)，C錯；⑤指針偏回中間，說明甲乙都回到極化狀態(tài)，所以答案為D。
【典型題例５】右圖表示神經(jīng)元聯(lián)系的一種形式，與此相關(guān)的表述正確的是 ( )
A．刺激a處，會導(dǎo)致b處連續(xù)興奮或抑制，c處也發(fā)生電位變化
B．刺激b處，不會引起a和c處發(fā)生電位變化
C．刺激c處，a和b處都會產(chǎn)生興奮
D．刺激a處，b、c同時產(chǎn)生興奮或抑制
【試題解讀】興奮在神經(jīng)元之間的傳遞是單向的，只能由一個神經(jīng)元的軸突末端傳遞到下一個神經(jīng)元的細(xì)胞體或樹突。當(dāng)刺激a處時，興奮方向a→b外、還有ａ→c環(huán)形路徑，因ｃ處興奮，形成興奮傳導(dǎo)的環(huán)形回路而反復(fù)循環(huán)，ｂ處相繼又連續(xù)興奮或抑制，Ａ選項正確；因為興奮繞一圈傳遞至c處時，還要經(jīng)過一個突觸，興奮通過突觸時有一個時間距離，b處產(chǎn)生電位變化在先，c處在后。刺激b處，c處會發(fā)生興奮或抑制，而無法逆突觸的反向傳導(dǎo)到a處，ａ沒有電位變化。刺激c處，同樣a沒有反應(yīng)，b處有反應(yīng)。
【解題啟示】：要注重刺激神經(jīng)纖維后的電位連續(xù)性變化過程；要梳理清楚幾個關(guān)系：極化狀態(tài)、去極化過程、反極化狀態(tài)、復(fù)極化過程的關(guān)系如；注意神經(jīng)纖維靜息電位測量方法與結(jié)果判斷；注意神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)方向和突觸間的單向傳導(dǎo)。
題型三、膜電位變化的坐標(biāo)曲線──
【典型題例６】：（2009年安徽卷）離體神經(jīng)纖維某一部位受到適當(dāng)刺激時，受刺激部位細(xì)胞膜兩側(cè)會出現(xiàn)暫時性的電位變化，產(chǎn)生神經(jīng)沖動。圖示該部位受刺激前后，膜兩側(cè)電位差的變化。圖中a線段表示 電位；b點膜兩側(cè)的電位差為 ，此時Na+ （內(nèi)、外）流。
【試題解讀】靜息電位時，因為膜內(nèi)是負(fù)電位，受刺激后，電位出現(xiàn)反極化過程，所以曲線向上走向，直至到達(dá)ｙ軸正值；到達(dá)峰值后，下降到ｙ軸負(fù)值，最后復(fù)極化，恢復(fù)到原初的靜息電位的極化狀態(tài)。b點交于ｘ軸，說明膜兩側(cè)的電位差為0mV。此時，仍然在去極化過程中，Na+仍然內(nèi)流。
【典型題例７】：（2009年山東卷）右圖表示槍烏賊離體神經(jīng)纖維在Na+濃度不同的兩種海水中受刺激后的膜電位變化情況。下列描述錯誤的是（ ）
A．曲線a代表正常海水中膜電位的變化
B．兩種海水中神經(jīng)纖維的靜息電位相同
C．低Na+海水中神經(jīng)纖維靜息時，膜內(nèi)Na+濃度高于膜外
D．正常海水中神經(jīng)纖維受刺激時，膜外Na+濃度高于膜內(nèi)
【試題解讀】曲線a完全符合動作電位曲線圖，代表正常海水中膜電位的變化，Ａ正確。ａｂ兩條曲線的起點與終點的膜電位值相同，則說明兩種海水中神經(jīng)纖維的靜息電位相同，Ｂ正確。低Na+海水中神經(jīng)纖維靜息時，仍然鉀離子通道打開，向外流，而Na+主要位于膜外，比膜內(nèi)濃度高，Ｃ正確。正常海水中神經(jīng)纖維受刺激時，膜外Na+通道打開，大量內(nèi)流，導(dǎo)致膜內(nèi)濃度高于膜外，答案為D。
【典型題例8】（2009年上海卷）神經(jīng)電位的測量裝置如右上圖所示，其中箭頭表示施加適宜刺激，陰影表示興奮區(qū)域。用記錄儀記錄A、B兩電極之間的電位差，結(jié)果如右側(cè)曲線圖。若將記錄儀的A、B兩電極均置于膜外，其它實驗條件不變，則測量結(jié)果是（ ）
【試題解讀】右上圖施加刺激時，電流傳到A，A為正電位，B為正電位。若將記錄儀兩電極均置于膜外，施加刺激，A為負(fù)電位，B為正電位，電位差為負(fù)，曲線向負(fù)軸延伸；然后恢復(fù)到A、B兩處都是正電位，電位差為0；電流到B時，A為正電位，B為負(fù)電位，電位差為正，然后又恢復(fù)為原0電位差。答案為C。
【解題啟示】：注意神經(jīng)細(xì)胞外的鈉離子的濃度和電位變化之間的關(guān)系。注意電流表的兩個電極的連接位置，放于膜內(nèi)外而導(dǎo)致的電流方向和曲線方向不同；還要注重刺激后電位變化的方向性。
三、同類電位變化題型的變式拓展
【變式拓展１】神經(jīng)遞質(zhì)的主要作用機(jī)制，是通過與細(xì)胞膜上的受體結(jié)合，直接或間接調(diào)節(jié)細(xì)胞膜上離通道的開啟或關(guān)閉，造成離子通透性的改變，進(jìn)而改變細(xì)胞膜電位。假如某一神經(jīng)遞質(zhì)會使細(xì)胞膜上的氯離子通道開啟，使氯離子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，由此會（ �。�
A．使細(xì)胞膜膜內(nèi)電位變正 B．使鈉離子通道開放
C．使膜電位差維持不變 D．抑制細(xì)胞興奮
【變式拓展２】下圖是反射弧的局部結(jié)構(gòu)示意圖，刺激c點，檢測各位點電位變化。下列說法錯誤的是（ ）
A．若檢測到b、d點有電位變化，說明興奮在同一神經(jīng)元上是雙向傳導(dǎo)的
B．興奮由c傳導(dǎo)到e時，發(fā)生電信號一化學(xué)信號_電信號的轉(zhuǎn)換
C．a(chǎn)處檢測不到電位變化，是由于突觸前膜釋放的是抑制性遞質(zhì)
D．電表①不偏轉(zhuǎn)，電表②偏轉(zhuǎn)兩次
【變式拓展3】（2010年海南卷）將記錄儀（R）的兩個電極置于某一條結(jié)構(gòu)和功能完好的神經(jīng)表面，如下圖，給該神經(jīng)一個適宜的刺激使其產(chǎn)生興奮，可在R上記錄到電位的變化。能正確反映從刺激開始到興奮完成這段過程中電位變化的曲線是（ ）
【變式拓展4】（2011年浙江卷）在離體實驗條件下單條神經(jīng)纖維的電位示意圖如右，下列敘述正確的是（ ）
A．a(chǎn)-b段的Na+ 內(nèi)流是需要消耗能量的
B．b-c段的Na+外流是不需要消耗能量的
C．c-d段的K+ 外流是不需要消耗能量的
D．d-e段的K+ 內(nèi)流是需要消耗能量的
【變式拓展答案】1.D 2.C 3.D 4.C
參考文獻(xiàn)：
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[4] 朱正威 趙占良．《生物·穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》 北京：人民教育出版社 2007．1 第二版 17-18
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