教案1061 光电效应及光电器件PPT课件
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PPT教案10-6.1 光电效应及光电器件
基于外光电效应的电子元件有光电管、光电
倍增管。光电倍增管能将一次次闪光转换成一
个个放大了的电脉冲，然后送到电子线路去， 记录下来。
§6.1光电效应及光电器件
2．内光电效应 定义：在光线作用下能使物体电阻率改变的现 象称为内光电效应。 当光照射到光电导体上时，若这个光电导体为 本征半导体材料，且光辐射能量又足够强，光电材
（2） 被测量作用于光学通路中，对传播
过程中的光通量进行调制。
§6.1光电效应及光电器件
3．光电器件
光电器件的作用：检测照射在其上的光通量。
光电器件的选用：主要取决于被测参数、所
需的灵敏度、反应的速度、光源的特性及测量
环境和条件等。
§6.1光电效应及光电器件
4．测量电路
测量电路的功能：把光电器件输出电信号转
光电效应是物理学中一个重要而神奇的现 象，在光的照射下，某些物质内部的电子会被 光子激发出来而形成电流，即光生电 。光电现 象由德国物理学家赫兹于1887年发现，而正确 的解释为爱因斯坦所提出。
§6.1光电效应及光电器件
§6.1光电效应及光电器件
§6.1光电效应及光电器件
1．外光电效应 定义：在光的作用下，物体内的电子逸出 物体表面向外发射的现象叫做外光电效应。
§6.1光电效应及光电器件
光电式传感器是以光电器件作为转换元件，将 光能转换为电能的一种传感器。 光电式传感器的物理基础是光电效应，可用于 检测直接引起光量变换的非电量，也可用于检测能 转换成光量变化的其他非电量。用光电器件测量非
电量时，首先要将非电量的变化转换为光量的变化，
然后通过光电器件的作用，就可以将非电量的变换 转换为电量的变化了。
§6.1光电效应及光电器件
倍增管。光电倍增管能将一次次闪光转换成一
个个放大了的电脉冲，然后送到电子线路去， 记录下来。
§6.1光电效应及光电器件
2．内光电效应 定义：在光线作用下能使物体电阻率改变的现 象称为内光电效应。 当光照射到光电导体上时，若这个光电导体为 本征半导体材料，且光辐射能量又足够强，光电材
（2） 被测量作用于光学通路中，对传播
过程中的光通量进行调制。
§6.1光电效应及光电器件
3．光电器件
光电器件的作用：检测照射在其上的光通量。
光电器件的选用：主要取决于被测参数、所
需的灵敏度、反应的速度、光源的特性及测量
环境和条件等。
§6.1光电效应及光电器件
4．测量电路
测量电路的功能：把光电器件输出电信号转
光电效应是物理学中一个重要而神奇的现 象，在光的照射下，某些物质内部的电子会被 光子激发出来而形成电流，即光生电 。光电现 象由德国物理学家赫兹于1887年发现，而正确 的解释为爱因斯坦所提出。
§6.1光电效应及光电器件
§6.1光电效应及光电器件
§6.1光电效应及光电器件
1．外光电效应 定义：在光的作用下，物体内的电子逸出 物体表面向外发射的现象叫做外光电效应。
§6.1光电效应及光电器件
光电式传感器是以光电器件作为转换元件，将 光能转换为电能的一种传感器。 光电式传感器的物理基础是光电效应，可用于 检测直接引起光量变换的非电量，也可用于检测能 转换成光量变化的其他非电量。用光电器件测量非
电量时，首先要将非电量的变化转换为光量的变化，
然后通过光电器件的作用，就可以将非电量的变换 转换为电量的变化了。
§6.1光电效应及光电器件
光电效应及光电元件ppt实用资料
减小了PN结的电容，提高了工作频率。PIN光敏二极管的工作电压（反向 偏置电压）高，光电转换效率高，暗电流小，其灵敏度比普通的光敏二极
术 管高得多，响应频率可达数十兆赫，可用作各种数字与模拟光纤传输系统
专 业
，各种家电遥控器的接收管（红外波段）、UHF
频带小信号开关、中波频
教带
学 资
到1000MHZ之间电流控制、可变
项目：光电效应 及光电元件
基于光生伏特效应的光电元件
应
——光电池
用
电 子
在N型衬底上制造一薄层P型层作为光照敏感面，就构成最简单的光
技 术 专
电池。当入射光子的能量足够大时，P型区每吸收一个光子就产生一对 光生电子—空穴对， 光生 电子—空穴对的的扩散运动使电子通过漂移
业 运动被拉到N型区，空穴留在P区，所以N区带负电，P区带正电。如果
3
Page 3
紫外管外形
应 用
当入射紫外线照射在
电 紫外管阴极板上时，电
子 技 术
子克服金属表面对它的 束缚而逸出金属表面，
专 形成电子发射。紫外管
业 教
多用于紫外线测量、火
学 焰监测等。
资
源
库
项目：光电效应 及光电元件
紫外线
2021/7/23
Page 4
光敏电阻
应 用 电 子 技 术 专 业 教 学 资 源 库
5—发射极引脚 6—N+ 衬底 7—N型集电区 9—集电结 10—P型基区 11—N型发射区
81—2—Si发O2射保结护圈
2021/7/23
17
Page 17
硅光敏晶体管 应 的光谱特性
用 电 子 技 术 专 业 教 电磁波频谱 学 资 源 库
第7讲 光电效应和光电器件
200 150 2
100
50 0 1
20
40 U/V
思考：我们为了得到更大的光电流，能否无限 增大电压？
光敏电阻的特性5-频率特性
I / %
100 硫化铅
80
60 40 20 0 10
硫化镉
•思考：光敏电阻能否 用在要求快速响应的场 合？
102 103
104 f / Hz
光敏电阻的特性6-稳定性
过程：当光照射到半导体材料上时，价带中的电子 受到能量大于或等于禁带宽度的光子轰击，并使其 由价带越过禁带跃入导带，如图，使材料中导带内 的电子和价带内的空穴浓度增加，从而使电导率变 大。
自由电子所占能带
导带
Eg
禁带 价带
不存在电子所占能带
价电子所占能带
2.光生伏特效应 在光线作用下能够 使物体产生一定方向 的电动势的现象叫做 光生伏特效应。 基于该效应的光电 器件有光电池和光敏 二极管、三极管。
阳极
光电阴极
光电倍增管示意图
光敏电阻外形
光敏电阻的演示
观察：光电 流有什么变 化？
暗电流（越小越好）
光敏电阻的结构
玻璃 光电导层 电极 绝缘衬底 金属壳 黑色绝缘玻璃 引线
光导体
电极
光敏电阻结构
光敏电阻的电极
光敏电阻的工作原理
导带 Eg
自由电子所占能带
不存在电子所占能带 价电子所占能带
禁带
价带
I / %
160
120 80 40 0 400 800 1200 1600 T/h 2
•最后达到一个稳定值 后就不再变了。这就是 光敏电阻的主要优点。
1
光敏电阻的特性7-温度特性
I / μA
100
50 0 1
20
40 U/V
思考：我们为了得到更大的光电流，能否无限 增大电压？
光敏电阻的特性5-频率特性
I / %
100 硫化铅
80
60 40 20 0 10
硫化镉
•思考：光敏电阻能否 用在要求快速响应的场 合？
102 103
104 f / Hz
光敏电阻的特性6-稳定性
过程：当光照射到半导体材料上时，价带中的电子 受到能量大于或等于禁带宽度的光子轰击，并使其 由价带越过禁带跃入导带，如图，使材料中导带内 的电子和价带内的空穴浓度增加，从而使电导率变 大。
自由电子所占能带
导带
Eg
禁带 价带
不存在电子所占能带
价电子所占能带
2.光生伏特效应 在光线作用下能够 使物体产生一定方向 的电动势的现象叫做 光生伏特效应。 基于该效应的光电 器件有光电池和光敏 二极管、三极管。
阳极
光电阴极
光电倍增管示意图
光敏电阻外形
光敏电阻的演示
观察：光电 流有什么变 化？
暗电流（越小越好）
光敏电阻的结构
玻璃 光电导层 电极 绝缘衬底 金属壳 黑色绝缘玻璃 引线
光导体
电极
光敏电阻结构
光敏电阻的电极
光敏电阻的工作原理
导带 Eg
自由电子所占能带
不存在电子所占能带 价电子所占能带
禁带
价带
I / %
160
120 80 40 0 400 800 1200 1600 T/h 2
•最后达到一个稳定值 后就不再变了。这就是 光敏电阻的主要优点。
1
光敏电阻的特性7-温度特性
I / μA
《光电效应》课件
实验结果表明，当光的波长增 加时，光子的能量降低，电子 的动能减小，无光电子发射。
实验结果证明了爱因斯坦的光 电效应公式和光的粒子性理论 的正确性。
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
03
光电效应的应用
太阳能电池
太阳能电池是利用光电效应将太 阳光转换为电能的装置。
太阳能电池的原理是当太阳光照 射在半导体材料上时，光子能量 激发电子从束缚状态进入自由状
光电材料的应用
新型光电材料在太阳能电池、光电传感器、光电器件等领域 具有广泛的应用前景。
光电转换效率的提高
光电转换技术
目前，光电转换技术正朝着高效、低 成本、环保的方向发展，以提高光电 转换效率。
光电转换效率的瓶颈
虽然光电转换效率已经取得了一定的 提高，但仍存在一些瓶颈，如光吸收 、载流子输运等问题需要解决。
光电效应的实验研究
实验目的和实验原理
实验目的
通过实验研究光电效应现象，深入理 解光子与物质相互作用的过程，探究 光电效应的规律。
实验原理
光电效应是指光子照射在物质表面时 ，光子能量被吸收后，物质内部的电 子吸收能量并从束缚状态跃迁至自由 状态，形成光电流的现象。
实验设备和实验步骤
实验设备：光电效应实验装置、光源、电流表 、电压表等。
当光子撞击物质表面时，能量被吸收并传递给电子，使电子获得足够的能量逃离物 质表面。
电子的发射机制包括逸出功和光子能量两个关键因素，逸出功是指电子从物质表面 逸出所需的最低能量，光子能量是指光子的能量值。
随着光子能量的增加，光电效应的发生概率增加，电子的动能也相应增加。
光电效应的实验验证
光电效应和光电器件PPT教案
（4）响应时间和频率特性
光电导的弛豫现象：光电流的变化对于光 的变化，在时间上有一个滞后。
通常用响应时间t表示。
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光敏电阻的频率特性
不同材料的光敏电阻具有不同的响应时间， 所以它们的频率特性也就不尽相同。
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（5）温度特性
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2． 脉冲式光电传感器
光电器件的输出仅有两个稳定状态，也就 是“通”与“断”的开关状态。
光电器件受光照时，有电信号输出，光电 器件不受光照时，无电信号输出。属于这 一类的大多是作继电器和脉冲发生器应用 的光电传感器，如测量线位移、线速度、 角位移、角速度(转速)的光电脉冲传感器等 等。
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真空光电管的伏安特性
充气光电管的伏安特性
充气光电管: 构造和真空光电管基本相同，优点是灵敏度高. 所不同的仅仅是在玻璃泡内充以少量的惰性气体 其灵敏度随电压变化的稳定性、频率特性等都比真空光电管差
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7．1．2 光电倍增管
在入射光极为微弱时，光电管能产生的光电流就很小， 光电倍增管：放大光电流 组成：光电阴极+若干倍增极+阳极
硫化铅光敏电阻的光谱温度特性
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7.1.4 光敏二极管和光敏晶体管
1． 工作原理 2． 基本特性
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1． 工作原理
结构与一般二极管相似，装在透明玻璃外壳中 在电路中一般是处于反向工作状态的
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光敏二极管
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一、光电效应 光电式传感器的作用：将光信号转化为电信号 一种传感器。理论基础是光电效应。
§6.1光电效应及光电器件
光电效应是物理学中一个重要而神奇的现象， 在光的照射下，某些物质内部的电子会被光子激 发出来而形成电流，即光生电 。光电现象由德国 物理学家赫兹于1887年发现，而正确的解释为爱 因斯坦所提出。
d．从实验知道，产生光电流的过程非常快， 一般不超过10的-9次方秒；停止用光照射，光电 流也就立即停止。这表明，光电效应是瞬时的。
§6.1光电效应及光电器件
基于外光电效应的电子元件有光电管、光电倍 增管。光电倍增管能将一次次闪光转换成一个个 放大了的电脉冲，然后送到电子线路去，记录下 来。
§6.1光电效应及光电器件
然（天然）光源和人造光源。如：太阳、电灯、燃 烧着的蜡烛等都是光源。光也有能量。
光电式传感器中的光源可采用白炽灯、激光器、 发光二极管及能发射可见光谱、紫外线光谱和红外 光谱的其他器件。
§6.1光电效应及光电器件
2.光学通路 光学通路中常用的光学器件有：透镜、滤光
片、光阑、棱镜、反射镜、光栅等，主要是对光 参数进行选择、调整和处理。被测信号可以通过 以下两种作用途径转换成光器件的入射光通量的 变化：
§6.1光电效应及光电器件
光伏发电，其基本原理就是“光伏效应”。 太阳能专家的任务就是要完成制造电压的工作。 因为要制造电压，所以完成光电转化的太阳能电 池是阳光发电的关键。
简单来说就是在光作用下能使物体产生一定 方向电动势的现象。基于该效应的器件有光电池 和光敏二极管、三极管。
§6.1光电效应及光电器件
§6.1光电效应及光电器件
4．测量电路 测量电路的功能：把光电器件输出电信号转换 成后续可用的信号。 一般情况下，光电器件的输出电信号较小，需 设定放大器。
§6.1光电效应及光电器件
光电效应一般可分为：外光电效应、内光电 效应和光生伏特效应；相对的光电器件也有三种 类型：光电发射型、光导型和光伏型。
§6.1光电效应及光电器件
三、光导型光电器件 1．光敏电阻 定义：电阻值随照射光强度增加而下降的固 体材料。 组成：光敏电阻器是利用半导体的光电导效 应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电 阻器，又称为光电导探测器；入射光强，电阻减
§6.1光电效应及光电器件
作用：光敏电阻器是利用半导体的光电导效 应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电 阻器，又称为光电导探测器；入射光强，电阻减 小，入射光弱，电阻增大。
2．内光电效应 定义：在光线作用下能使物体电阻率改变
的现象称为内光电效应。 当光照射到光电导体上时，若这个光电导
体为本征半导体材料，且光辐射能量又足够强， 光电材料价带上的电子将被激发到导带上去， 使光导体的电导率变大。
§6.1光电效应及光电器件
3．光生伏特效应 定义：在光线作用下能使物体产生一定方向的
电动势的现象称为光生伏特效应。“光生伏特效 应”，简称“光伏效应”。
§6.1光电效应及光电器件
光伏效应是指：光照使不均匀半导体或半导 体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。 它首先是由光子（光波）转化为电子、光能量转 化为电能量的过程；其次，是形成电压过程。有 了电压，就像筑高了大坝，如果两者之间连通， 就会形成电流的回路。
§6.1光电效应及光电器件
（1）被测量直接对光源作用，使光通量的 某一参数发生变化；
（2） 被测量作用于光学通路中，对传播 过程中的光通量进行调制。
§6.1光电效应及光电器件
3．光电器件 光电器件的作用：检测照射在其上的光通量。 光电器件的选用：主要取决于被测参数、所需
的灵敏度、反应的速度、光源的特性及测量环境 和条件等。
§6.1光电效应及光电器件
二、光电发射型光电器件 1．光电管 定义：是一种光敏元件，当它受到辐射后，并 从阴极释放出电子的电子管。可分为真空光电管 和充气光电管。 光电管原理是光电效应。一种是半导体材料类 型的光电管，它的工作原理光电二极管又叫光敏
§6.1光电效应及光电器件
2．光电倍增管 定义：可将微弱光信号通过光电效应转变成 电信号并利用二次发射电极转为电子倍增的电真 空器件。
§6.1光电效应及光电器件
光电式传感器是以光电器件作为转换元件， 将光能转换为电能的一种传感器。
光电式传感器的物理基础是光电效应，可 用于检测直接引起光量变换的非电量，也可用 于检测能转换成光量变化的其他非电量。用光 电器件测量非电量时，首先要将非电量的变化 转换为光量的变化，然后通过光电器件的作用，
§6.1光电效应及光电器件
应用：光电倍增管用在光学测量仪器和光谱分 析仪器中。它能在低能级光度学和光谱学方面测 量波长200~1200纳米的极微弱辐射功率。闪烁计数 器的出现，扩大了光电倍增管的应用范围。激光 检测仪器的发展与采用光电倍增管作为有效接收 器密切有关。电视电影的发射和图象传送也离不 开光电倍增管。光电倍增管广泛地应用在冶金、
§6.1光电效应及光电器件
光电式传感器的优点：具有响应速度快、性能可 靠、结构简单，能实现非接触测量等优点。
光电式传感器的应用领域：在自动检测和控制领 域具有广泛的应用。
光电式传感器的组成：主要由光源、光学通路、 光电器件及测量电路等组成。
§6.1光电效应及光电器件
1.光源 自身正在发光的物体叫光源。光源可以分为自
§6.1光电效应及光电器件
§6.1光电效应及光电器件
§6.1光电效应及光电器件
1．外光电效应 定义：在光的作用下，物体内的电子逸出物
体表面向外发射的现象叫做外光电效应。
§6.1光电效应及光电器件
外光电效应的实验规律
a．仅当照射物体的光频率不小于某个确定值 时，物体才能发出光电子，这个频率叫做极限频 率(或叫做截止频率)，相应的波长叫做极限波长。 不同物质的极限频率和相应的极限波长是不同的。
§6.1光电效应及光电器件
外光电效应的实验规律
b．光电子脱出物体时的初速度和照射光的频 率有关而和发光强度无关。这就是说，光电子的 初动能只和照射光的频率有关而和发光强度无关。
§6.1光电效应及光电器件
外光电效应的实验规律
c．在光的频率不变的情况下，入射光越强的 那位时间内阴极(发射光电子的金属材料)发射的 光电子数目越多
§6.1光电效应及光电器件
光电效应是物理学中一个重要而神奇的现象， 在光的照射下，某些物质内部的电子会被光子激 发出来而形成电流，即光生电 。光电现象由德国 物理学家赫兹于1887年发现，而正确的解释为爱 因斯坦所提出。
d．从实验知道，产生光电流的过程非常快， 一般不超过10的-9次方秒；停止用光照射，光电 流也就立即停止。这表明，光电效应是瞬时的。
§6.1光电效应及光电器件
基于外光电效应的电子元件有光电管、光电倍 增管。光电倍增管能将一次次闪光转换成一个个 放大了的电脉冲，然后送到电子线路去，记录下 来。
§6.1光电效应及光电器件
然（天然）光源和人造光源。如：太阳、电灯、燃 烧着的蜡烛等都是光源。光也有能量。
光电式传感器中的光源可采用白炽灯、激光器、 发光二极管及能发射可见光谱、紫外线光谱和红外 光谱的其他器件。
§6.1光电效应及光电器件
2.光学通路 光学通路中常用的光学器件有：透镜、滤光
片、光阑、棱镜、反射镜、光栅等，主要是对光 参数进行选择、调整和处理。被测信号可以通过 以下两种作用途径转换成光器件的入射光通量的 变化：
§6.1光电效应及光电器件
光伏发电，其基本原理就是“光伏效应”。 太阳能专家的任务就是要完成制造电压的工作。 因为要制造电压，所以完成光电转化的太阳能电 池是阳光发电的关键。
简单来说就是在光作用下能使物体产生一定 方向电动势的现象。基于该效应的器件有光电池 和光敏二极管、三极管。
§6.1光电效应及光电器件
§6.1光电效应及光电器件
4．测量电路 测量电路的功能：把光电器件输出电信号转换 成后续可用的信号。 一般情况下，光电器件的输出电信号较小，需 设定放大器。
§6.1光电效应及光电器件
光电效应一般可分为：外光电效应、内光电 效应和光生伏特效应；相对的光电器件也有三种 类型：光电发射型、光导型和光伏型。
§6.1光电效应及光电器件
三、光导型光电器件 1．光敏电阻 定义：电阻值随照射光强度增加而下降的固 体材料。 组成：光敏电阻器是利用半导体的光电导效 应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电 阻器，又称为光电导探测器；入射光强，电阻减
§6.1光电效应及光电器件
作用：光敏电阻器是利用半导体的光电导效 应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电 阻器，又称为光电导探测器；入射光强，电阻减 小，入射光弱，电阻增大。
2．内光电效应 定义：在光线作用下能使物体电阻率改变
的现象称为内光电效应。 当光照射到光电导体上时，若这个光电导
体为本征半导体材料，且光辐射能量又足够强， 光电材料价带上的电子将被激发到导带上去， 使光导体的电导率变大。
§6.1光电效应及光电器件
3．光生伏特效应 定义：在光线作用下能使物体产生一定方向的
电动势的现象称为光生伏特效应。“光生伏特效 应”，简称“光伏效应”。
§6.1光电效应及光电器件
光伏效应是指：光照使不均匀半导体或半导 体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。 它首先是由光子（光波）转化为电子、光能量转 化为电能量的过程；其次，是形成电压过程。有 了电压，就像筑高了大坝，如果两者之间连通， 就会形成电流的回路。
§6.1光电效应及光电器件
（1）被测量直接对光源作用，使光通量的 某一参数发生变化；
（2） 被测量作用于光学通路中，对传播 过程中的光通量进行调制。
§6.1光电效应及光电器件
3．光电器件 光电器件的作用：检测照射在其上的光通量。 光电器件的选用：主要取决于被测参数、所需
的灵敏度、反应的速度、光源的特性及测量环境 和条件等。
§6.1光电效应及光电器件
二、光电发射型光电器件 1．光电管 定义：是一种光敏元件，当它受到辐射后，并 从阴极释放出电子的电子管。可分为真空光电管 和充气光电管。 光电管原理是光电效应。一种是半导体材料类 型的光电管，它的工作原理光电二极管又叫光敏
§6.1光电效应及光电器件
2．光电倍增管 定义：可将微弱光信号通过光电效应转变成 电信号并利用二次发射电极转为电子倍增的电真 空器件。
§6.1光电效应及光电器件
光电式传感器是以光电器件作为转换元件， 将光能转换为电能的一种传感器。
光电式传感器的物理基础是光电效应，可 用于检测直接引起光量变换的非电量，也可用 于检测能转换成光量变化的其他非电量。用光 电器件测量非电量时，首先要将非电量的变化 转换为光量的变化，然后通过光电器件的作用，
§6.1光电效应及光电器件
应用：光电倍增管用在光学测量仪器和光谱分 析仪器中。它能在低能级光度学和光谱学方面测 量波长200~1200纳米的极微弱辐射功率。闪烁计数 器的出现，扩大了光电倍增管的应用范围。激光 检测仪器的发展与采用光电倍增管作为有效接收 器密切有关。电视电影的发射和图象传送也离不 开光电倍增管。光电倍增管广泛地应用在冶金、
§6.1光电效应及光电器件
光电式传感器的优点：具有响应速度快、性能可 靠、结构简单，能实现非接触测量等优点。
光电式传感器的应用领域：在自动检测和控制领 域具有广泛的应用。
光电式传感器的组成：主要由光源、光学通路、 光电器件及测量电路等组成。
§6.1光电效应及光电器件
1.光源 自身正在发光的物体叫光源。光源可以分为自
§6.1光电效应及光电器件
§6.1光电效应及光电器件
§6.1光电效应及光电器件
1．外光电效应 定义：在光的作用下，物体内的电子逸出物
体表面向外发射的现象叫做外光电效应。
§6.1光电效应及光电器件
外光电效应的实验规律
a．仅当照射物体的光频率不小于某个确定值 时，物体才能发出光电子，这个频率叫做极限频 率(或叫做截止频率)，相应的波长叫做极限波长。 不同物质的极限频率和相应的极限波长是不同的。
§6.1光电效应及光电器件
外光电效应的实验规律
b．光电子脱出物体时的初速度和照射光的频 率有关而和发光强度无关。这就是说，光电子的 初动能只和照射光的频率有关而和发光强度无关。
§6.1光电效应及光电器件
外光电效应的实验规律
c．在光的频率不变的情况下，入射光越强的 那位时间内阴极(发射光电子的金属材料)发射的 光电子数目越多