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光电效应是指光照射到某些物质表面时，会使其发射出电子的现象。这些被发射出的电子称为光电子。当光子照射到金属表面时，如果光子的能量足够大，就能够将电子从金属表面打出。
光电效应有几个关键特征。首先，存在阈值频率，只有当入射光的频率高于某个特定值时，才会发生光电效应。低于阈值频率的光，无论多强，都不会激发出电子。其次，光电效应具有瞬时性，只要光的频率高于阈值频率，电子的发射几乎是瞬时的。第三，光电子的能量与光的频率有关，频率越高，电子获得的能量越大。最后，光电子的数量与光的强度成正比。
爱因斯坦用光子理论成功解释了光电效应。他认为光是由一份一份的能量子（光子）组成的，每个光子的能量E等于普朗克常数h乘以光的频率ν。当光子照射到金属表面时，如果光子的能量大于金属的逸出功Φ，电子就能被释放出来，并获得动能。这个动能等于光子能量减去逸出功。这一理论完美解释了为什么光电效应存在阈值频率，以及为什么光电子的能量与光的频率有关，而与光的强度无关。
光电效应的实验验证通常使用一个包含光源、金属板和电流测量装置的装置。当光照射到金属板上时，如果光的频率足够高，电子就会从金属表面释放出来。这些电子被收集器收集，形成电流，可以通过电流计测量。通过改变光的频率和强度，科学家们可以验证光电效应的各种特性。例如，当光的频率低于阈值频率时，无论光多强，都不会产生电流；而当频率高于阈值频率时，即使光很弱，也会立即产生电流。此外，通过测量光电子的最大动能与光频率的关系，可以验证爱因斯坦的光电方程。
光电效应在现代科技中有广泛的应用。太阳能电池是最常见的应用之一，它利用光电效应将太阳光直接转换为电能。当光子照射到太阳能电池的半导体材料上时，会激发出电子，产生电流。此外，光电效应还应用于数码相机和摄像机的图像传感器中。这些传感器包含数百万个光敏元件，每个元件都能通过光电效应将光信号转换为电信号，从而捕捉图像。其他应用还包括光电门、自动门、夜视设备、光电倍增管等。爱因斯坦因解释光电效应而获得了1921年的诺贝尔物理学奖，这一发现不仅验证了量子理论，也为现代科技的发展奠定了基础。