CAPLP physique-chimie externe 2022, épreuve 2Sujet et rapport du jury

INFORMATION AUX CANDIDATS

• -Concours externe du CAPLP de l'enseignement public :
  

  

• -Concours externe du CAFEP/CAPLP de l'enseignement privé :
  

  

Thème d'étude : Situations d'enseignement en classe de première « Métiers de la mode - vêtements »

• -d'élaborer différents documents de nature pédagogique (documents fournis aux élèves, évaluations...) ;
• -de proposer l'organisation pédagogique d'une séance au niveau des contenus, des moyens pédagogiques et des activités ainsi que d'en définir la place et les objectifs dans une séquence de formation ;
• -d'émettre une analyse critique de documents de forme et de nature variées.

• -Bloc « Travail à réaliser par le candidat » (pages 3 à 7) :
  Le sujet s'appuie sur un ensemble de questionnements structuré en différentes parties et sous-parties indépendantes les unes des autres. Il est demandé au candidat :
  • ○de réaliser le corrigé d'une activité mathématique puis d'analyser les erreurs commises par un élève et de proposer d'éventuelles modifications du support fourni (partie 1) ;
  • ○d'élaborer une activité ainsi qu'une trace écrite de synthèse sur une notion mathématique donnée en précisant les capacités et connaissances nécessaires à son traitement (partie 2) ;
  • ○d'étudier une situation d'évaluation en physique-chimie et de rédiger une partie des critères d'évaluation (partie 3) ;
  • ○d'organiser le déroulement d'une séance de travaux pratiques à partir de la planification d'une séquence en co-intervention (partie 4).
• -Bloc « Dossier pédagogique » (documents 1 à 8 ; pages 8 à 20) :
  Ce dossier regroupe des documents supports pédagogiques relatifs au thème d'étude.
• -Bloc « Dossier technique» (documents 9 à 11 ; pages 21 à 23) :
  Ce dossier est organisé en une collection de documentations techniques liées au thème d'étude.
• -Bloc « Documents réponses » (documents réponses 1 à 4 ; pages 24 à 28) à rendre avec la copie.

Contexte

• -cours classique ;
• -séances en co-intervention avec un enseignant du domaine professionnel (en mathématiques ou physique-chimie selon la situation professionnelle problématisée étudiée).

Situation professionnelle problématisée

Travail demandé au candidat

MATHÉMATIQUES

• -d'établir les résultats mathématiques nécessaires au traitement de la situation professionnelle ;
• -de réaliser le corrigé d'une activité abordée lors d'une séance en co-intervention ;
• -d'étudier la copie d'un élève, relative à cette même activité, afin d'apprécier le niveau d'acquisition des compétences associées et d'analyser les erreurs commises ;
• -de porter un regard critique sur la rédaction de certaines questions de cette activité et de proposer des modifications de manière à les rendre plus explicites pour les élèves.

1. On note A_1 l'aire de l'anneau limité par les cercles C et C_1, A_2 celle de l'anneau limité par les cercles C_2 et C_1 et f le rapport (A_1)/(A_2). Montrer que :

2. Établir que l'expression du diamètre d du cercle C en fonction de f, d_1 et d_2 est

figure 1

• 6.On s'intéresse à l'appel au professeur figurant à la première question de l'activité.
  • a.Préciser la plus-value qu'apporte cet appel par rapport à une réponse écrite.
  • b.Lors de cet appel, un élève propose de calculer le diamètre moyen en calculant d'abord le rayon moyen et en le multipliant par 2. Indiquer une réponse justifiée que pourrait apporter l'enseignant à la proposition de cet élève.
• 7.Identifier et analyser les erreurs commises par l'élève (document 1).
• 8.Compléter le document réponse 1 en indiquant si les réponses de l'élève figurant sur le document 1 sont conformes ou non aux attendus. Justifier, sur la copie, chacune des appréciations proposées sur la conformité ou non aux attendus pour les réponses de l'élève se rapportant aux compétences « Réaliser » et « Valider ».
• 9.Proposer une question intermédiaire entre les questions 2 et 3 du document 1 permettant à l'élève de pouvoir faire le lien entre la fonction donnée et la situation étudiée.
• 10.L'enseignant constate que des élèves ont des difficultés pour répondre aux questions 5 et 6 . Reformuler ces questions afin de pallier ces difficultés.

Partie 2 : Élaboration d'une activité d'introduction

• 11.Indiquer, à l'aide de l'extrait du programme de mathématiques de première professionnelle (document 2), les capacités et connaissances du module « Vecteurs du plan » qui concernent la somme de deux vecteurs.
• 12.Caractériser un vecteur du plan d'un point de vue géométrique puis d'un point de vue analytique comme cela pourrait être fait en classe de première professionnelle ; puis réaliser sur le document réponse 2 les schémas associés à ces caractérisations.
• 13.Préciser des limites de l'utilisation des vecteurs de gradation pour l'étude de la somme de deux vecteurs en s'appuyant sur le document 11.
• 14.Élaborer une activité de découverte des vecteurs du plan à partir de la figure du document réponse 2. Cette figure pourra être complétée.
• 15.Proposer une trace écrite de synthèse qui pourrait figurer dans le cahier des élèves concernant la somme de deux vecteurs du plan.

PHYSIQUE-CHIMIE

Partie 3 : Étude d'une activité expérimentale évaluée

Figure 2

• -situation sans instrument : un objet AB est placé à une distance ℓ d'un œil nu et l'angle α est celui sous lequel est vu cet objet (angle géométrique formé par l'axe optique, l'œil et le sommet de l'objet) ;
• -situation avec instrument : une image A^′ B^′, du même objet AB, est formée par l'instrument et l'angle α^′ est celui sous lequel est vue cette image (figure 2) ; on note L la distance entre l'oeil et la position de l'image A^′ B^′.

18. À partir de la formule précédente et de la figure 2, établir que

21. Déterminer la valeur de la distance L qui optimise le grossissement G et en déduire l'expression du grossissement commercial G_(cf) en fonction de δ et f^′. Commenter le résultat au regard de l'expression proposée à la question Q10 du document 3.

Figure 3 - Diagramme de distribution de l'acide phosphorique (triacide) en fonction du pH

Dossier pédagogique

Document 1 : Activité élève sur la conformité d'un coefficient de drapé

Le coefficient de drapé du tissu est-il conforme ?

1. Compléter le tableau suivant en effectuant 16 cotations de l'éprouvette à l'aide du drapéomètre.

L1 : def rapport(di,dt,d):
L2 : f = (d^∗∗2 − di^(∗∗)2)/(dt^(∗∗)2 − di^(∗∗)2)
L3 : return f
J'ai entre rapport( 25, 15, 18, 2) sur Padinatou f'ai obtenu 0,7344.
On considère la fonction g définie sur ℝ par : g(x) = (x^2 − 225)/(400)
3. Montrer que celle-ci peut s'écrire g(x) = 0, 0025x^2 − 0, 5625
g(x) = (x^2 − 225)/(400) = 0, 0025x^2 − 0, 5625
4. Choisir, parmi les trois courbes proposées, en justifiant, celle correspondant à la représentation graphique de la fonction g.

• 5.Déterminer, par lecture graphique, la valeur du coefficient de drapé puis par le calcul à l'aide de la relation : f = (d^2 − d_i^2)/(d_t^2 − d_i^2)
  Graphiquement. Counte A. 0,4 emourom Cource B. -0,2 Courle C.0,2 f = (18, 2^2 − 15^2)/(25^2 − 15^2) = 105, 88
• 6.Indiquer, en justifiant, si la valeur obtenue graphiquement est une bonne approximation de celle déterminée par le calcul.
• Pest wane bomme apparacination can elles sont proches de 0 comme Pa voleus trouvee are: Pe programme en Python (0,7344)

• 0.154 × (1 − 5) = 0.616 0, 154x(1 + 5) = 0, 924 soit un intervalle de [ 0,616;0,924]
• Le cafficient de drape es conforme can il se situe dons cot intervalle.

(Aide pour l'association des positions entre elles afin de former les diamètres)

Document 2 : Extrait du programme de mathématiques de la classe de première

• -Vecteurs du plan (groupements A et B)
  Objectifs
  En classe de première, on introduit les vecteurs du plan, éventuellement muni d'un repère orthogonal, comme outil permettant d'étudier des problèmes issus des mathématiques ou des autres disciplines, en particulier de la physique.

• -Le lien entre produit d'un vecteur par un réel et la colinéarité est établi.
• -Le lien entre vecteurs égaux et parallélogramme est établi.
• -La norme d'un vecteur est définie comme la longueur d'un de ses représentants.
• -Ce module est l'occasion d'étudier notamment :
  • -la nature de figures usuelles ;
  • -l'alignement de trois points ;
  • -le parallélisme de deux droites.

Analyse d'une étoffe

Présentation du compte-fils :

Q2 Parmi les deux cas suivants, indiquer celui qui permet d'obtenir une image de l'objet AB sur l'écran. Justifier la réponse.

• -Prendre la lentille de distance focale inconnue.
• -Poser sur la table une feuille blanche et chercher à obtenir une image nette du néon de la lampe du plafond.
• -Mesurer ensuite la distance D séparant la lentille de la feuille :

La distance séparant le plafond de la lentille est suffisamment grande pour considérer les rayons parallèles entre eux. Dans ce cas, cette distance D correspond à la distance focale de la lentille.

Figure I

Figure II

Figure III

Figure IV

Document 4 : Extraits du programme de physique-chimie de la classe de première professionnelle

Document 5 : Organisation d'une séquence en co-intervention

Document 6 : Activité professionnelle

SOLIDITÉ DES TEINTURES À LA SUEUR NF EN ISO 105-E04
(étuve et perspiromètre)

BUT

DESCRIPTION

MODE OPÉRATOIRE

• 1)Préchauffer l'étuve Heraeus à 37°C. Vous devez disposer de deux solutions :
  • -solution basique (pour la sueur basique) dont pH = 8;
  • -solution acide (pour la sueur acide) dont pH = 5, 5.
• 2)Découper deux échantillons de tissus teints et deux échantillons de tissus témoins (composés de multifibres) aux dimensions suivantes : 10 cm × 4 cm.
  Piquer ensemble un tissu teint et un tissu témoin dans la largeur et peser ensuite chaque assemblage ainsi formé.
• 3)Placer les tissus au fond d'un récipient et verser la solution basique : 50 mL de solution pour 1 g de tissus.
  Faire de même avec la solution basique.
  Laisser imprégner pendant 30 minutes à température ambiante.
• 4)Au bout des 30 minutes, décanter et ôter le liquide en excès.
  Placer les tissus entre deux plaques de plexiglas et insérer l'ensemble sous pression (12,5 kPa) à l'aide des poids dans les supports métalliques (un support pour le test à la sueur acide et l'autre pour le test à la sueur basique).
  Mettre l'ensemble dans l'étuve Heraeus pendant 4 heures à 37°C.
• 5)Au bout des 4 heures, sortir les tissus et les laisser sécher à l'air ; les tissus teints et les tissus multifibres ne doivent pas être en contact.
  Observer la solidité des teintures à la sueur ; utiliser l'échelle des gris pour donner l'indice de dégradation.

• -1 L d'eau distillée ;
• -0,5 g de monochlorhydrate de L-histidine monohydraté ;
• -5 g de chlorure de sodium ;
• -2,5 g d'hydrogéno-orthophosphate disodique dihydraté ( Na_2 HPO_4, 2H_2 O ) ;
• - pH = 8 par ajout d'hydroxyde de sodium.

• -1 L d'eau distillée ;
• -0,5 g de monochlorhydrate de L-histidine monohydraté ;
• -5 g de chlorure de sodium ;
• -2,2 g de dihydrogénophosphate de sodium dihydraté ( NaH_2 PO_4, 2H_2 O ) ;
• - pH = 5, 5 par ajout d'hydroxyde de sodium.

RÉSULTATS

Document 7 : Extrait du programme de physique-chimie de la classe de seconde professionnelle

Chimie : comment caractériser une solution ?

• -Solutions : solubilité, miscibilité.
• -Molécules, atomes et ions, formule chimique d'une molécule.
• -Mettre en œuvre des tests caractéristiques d'espèces chimiques à partir d'une banque fournie.
• -Transformation chimique : conservation de la masse, redistribution d'atomes, notion d'équation chimique.
• -Mesure du pH d'une solution.

• 1.Donner l'équation de combustion de l'heptane dans l'air.
• 2.On donne la masse volumique de l'heptane : ρ = 720 kg/m^3. Déterminer la masse d'heptane consommée pour 100 km.
• 3.Déterminer la masse de dioxyde de carbone dégagée par kilomètre. Détailler votre raisonnement.

• 1.Comment s'appelle la 1^(re) opération effectuée par le coureur lors de la préparation de la solution ?
• 2.Déterminer la concentration en quantité de matière C en saccharose de la solution. Données : M(C) = 12, 0 g.mol^(− 1); M(H) = 1, 0 g.mol^(− 1); M(O) = 16, 0g.mol^(− 1).

• 3.Comment s'appelle cette 2^(de) opération ?
• 4.Calculer la nouvelle concentration en masse de la solution sucrée dans le bidon. Détailler votre raisonnement.

• 1.Calculer, en g/L, la concentration en masse c en aspartame du « Sodalight ». Arrondir le résultat au centième de g/L.
• 2.D'après l'Organisation Mondiale de la Santé, un individu de 60 kg ne doit pas consommer plus de 2,4 g d'aspartame par jour. En supposant que le « Sodalight » est le seul apport en aspartame pour un individu de 60 kg, calculer la quantité, en L, de « Sodalight » qu'il peut consommer par jour. Arrondir le résultat au dixième de litre.
• 3.En déduire, arrondi à l'unité, le nombre correspondant de canettes de 33 cl.

Dossier technique

Document 9 : Le drapéomètre
Le drapéomètre est un instrument de mesure servant à déterminer le coefficient de drapé d'un tissu, qui est un indice de flexibilité.

Le mode opératoire pour la détermination du coefficient de drapé est le suivant :

• -Préparer une « éprouvette » qui est un disque d'un diamètre donné du tissu à tester.
• -Marquer le centre de l' « éprouvette ».
• -Placer I' « éprouvette » sur le disque support horizontal en superposant le centre de l' « éprouvette » et le centre du disque. Ainsi, ces centres se situent tous deux sur l'axe de rotation vertical du support.
• -Poser le disque de maintien sur l' « éprouvette » en vous aidant de l'ergot de centrage.
• -Réaliser deux rotations complètes du support autour de son axe vertical. Attendre 15 minutes avant de mesurer.
• -Faire glisser le doigt tâteur jusqu'à ce qu'il soit en contact avec l' « éprouvette ».
• -Relever sur la loupe la cotation de la réglette.
• -Reporter la valeur dans le tableau en regard de la position choisie.
• -Procéder ainsi pour les valeurs des 16 positions repérées sur le disque d'entraînement.
• -Calculer le coefficient de drapé.

Le coefficient de drapé f d'un tissu est défini par f = (d^2 − d_i^2)/(d_t^2 − d_i^2)
avec d : diamètre moyen mesuré
d_i : diamètre du support horizontal
d_t : diamètre de l' « éprouvette » (tissu)
Le diamètre moyen mesuré s'obtient à l'aide des 16 cotations réalisées au niveau des positions repérées choisies de manière régulière et diamétralement opposées deux à deux. Chaque valeur mesurée correspond à la distance entre le centre du disque et le point le plus éloigné de celui-ci au niveau du tissu dans la position choisie. Le diamètre du morceau de tissu étant choisi supérieur à celui du disque support, l'anneau de matière qui

dépasse est soumis à la gravité et se déforme en faisant des plis.

Document 10 : Définition de la gradation

• -La gradation est une opération conduisant à l'obtention d'éléments de patronage dans des tailles supérieures ou inférieures au patron de base.
• -La gradation d'un modèle de base consiste à déplacer des points suivant des axes de référence pour obtenir toute une gamme de taille (par exemple l'ensemble des tailles du 34 au 44). Pour cela, on trace des lignes multiples, fines, nettes qui demandent précision et soin. Les mesures utilisées pour agrandir ou diminuer les différentes tailles correspondent à la différence des mesures entre les tailles.
• -On appelle tailles extrêmes la plus petite et la plus grande taille par rapport à une taille de référence. Sur le schéma ci-dessous, la taille de référence est la taille 36 .

• -Les tailles correspondent aux mensurations d'un individu ou d'une population. Elles sont répertoriées dans un tableau de mesures appelé barème de taille. La gradation s'effectue donc en fonction de l'écart entre chaque taille. D'une entreprise à une autre, le barème de taille peut être différent.
• -La gradation d'un modèle s'effectue manuellement à l'aide de matériels simples (réglet, équerre, règle parallèle, compas et compas de réduction...) ou à l'aide de logiciels de C.A.O. (conception assistée par ordinateur).

Document 11 : Déplacements des points de gradation

• -Les points se déplacent uniquement à l'horizontale et à la verticale, dans un sens ou dans un autre (sur des droites perpendiculaires ou parallèles au droit fil).

Déplacement horizontal vers la gauche	Déplacement horizontal vers la droite
Déplacement vertical vers le bas	Déplacement vertical vers le haut
	Déplacement composé visant à aller à la fois à l'horizontale et à la verticale (comme ci-contre)

• -Ces flèches appelées vecteurs de gradation se placent toujours perpendiculairement l'un à l'autre sur le point à grader. Le vecteur de gradation est toujours accompagné de la valeur de gradation comme indiqué, par exemple, sur la figure ci-contre représentant le patron du dos d'un corsage.
• -Avant de poser les vecteurs de gradation, il faut déterminer sur l'élément à grader des lignes ou des points fixes. Les lignes fixes sont horizontales ou verticales. Elles ne sont pas déplacées lors de la gradation. Les points fixes sont les points de départ (de référence) à partir desquels se fait la répartition de la gradation.

Tous les documents réponses sont à rendre, même non complétés.

Document réponse 2 :

Figure

Légende: C : Conforme aux attendus
NC : Non conforme aux attendus

Tous les documents réponses sont à rendre, même non complétés.