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火車
機械交通工具
火車、又稱鐵路列車，是指在鐵路軌道上行駛的車輛，通常由多節車廂所組成，為人類的現代重要交通工具之一。
人類歷史上最重要的機具，早期稱為蒸汽機車，有獨立的軌道行駛。鐵路列車按載荷物，可分為運貨的貨車和載客的客車，亦有兩者一起的客貨混運車。
火車是人類利用化石能源運輸的典例。1804年，由英國的礦山技師德里維斯克利用瓦特的蒸汽機造出了世界上第一台蒸汽機車，時速為5至6公里。因為當時使用煤炭或木柴做燃料，所以人們都叫它“火車”，於是一直沿用至今。1840年2月22日，由康瓦耳的工程師查理礠里維西克所設計了世界上第一列真正在軌上行駛的火車。
1879年，德國西門子電氣公司研製了第一台電力機車。
隨著火車的普及，改變了人們騎馬（或以其他牲畜為主要動力）的出行方式。中國早期的火車車廂是綠色的，因此叫綠皮火車。
早期的傳統火車列車是由一至三節機車牽引若干車廂或車皮組成，現代的新型火車已經出現了多節車廂自帶動力的動車組列車。在上海，現已有從龍陽路地鐵站至上海浦東國際機場的磁懸浮列車線路。
鐵路分為標準軌、寬軌和窄軌。標準軌軌距為1435mm；寬軌軌距有4種分別是1520mm、1600mm、1665mm和1676mm；窄軌軌距在1000mm至1219mm之間。
火車
內燃機車
1817年，當斯蒂芬孫決定他主持修建從利物浦到曼徹斯特的鐵路線上完全用蒸汽機車承擔運輸一條完全靠蒸汽機運輸的鐵路線，從此火車開始奔騰在人類的歷史舞台。
火車
最早使用燃煤蒸汽動力的燃煤蒸汽機車有一個很大的缺點，就是必須在鐵路沿線設置加煤、水的設施，還要在運營中耗費大量時間為機車添加煤和水。這些都很不經濟。在19世紀末，許多科學家轉向研究電力和燃油機車。世界上第一列真正在軌上行駛的蒸汽火車是由康瓦耳的工程師查理礠里維西克所設計的。它的火車有四個動力輪，1840年2月22日試車，空車時，時速20公里，載重時，每小時8公里(相當於人快步行走的速度）。
1879年，德國西門子電氣公司研製了第一台電力機車，重約954公斤，只在一次柏林貿易展覽會上做了一次表演。1903年10月27日，西門子與通用電氣公司研製的第一台實用電力機車投入使用。
燃油機車1894年，德國研製成功了第一台汽油內燃機車。並將它應用於鐵路運輸，開創了內燃機車的新紀元。但這種機車燒汽油，耗費太高，不易推廣。
火車
1941年，瑞士研製成功新型的燃油汽輪機車，以柴油為燃料。且結構簡單、震動小、運行性能好，因而，在工業國家普遍採用。21世紀10年代以來，各國都大力發展高速列車，例如法國巴黎至里昂的高速列車，時速到達300公里；日本東京至盛岡的高速列車時這也達到250公里以上。人們對這樣的高速列車仍貪心不滿足。法國、德國等國率先開發了磁懸浮列車。中國也在上海修建了世界第一條商用磁懸浮列車線，由地鐵龍陽路站到浦東機場。這條線年年虧損數億人民幣。這種列車懸浮於軌道之上，最高時速可達400－500公里，但耗能和輻射巨大。
19世紀的大清，鐵路被清人視為破壞風水的“奇技淫巧”。而如今，“國民經濟命脈”展開了史無前例的跨越式發展。從0.5公里的“展示鐵路”到“八縱八橫”的鐵路交通網構建完畢，從“龍號”機車到商業運行時速達到350公里/小時的CR400A/B高速動車組列車，中國鐵路發展史，見證了一個國家百年巨變。
19世紀，中國繼日本及印度之後成為第三個修建鐵路的亞洲國家。1875年，英國在上海鋪設了14.5公里長的吳淞鐵路，成為中國第一條營運鐵路。第一次見到火車的中國人對這一新興事物充滿恐懼。儘管如此，受“師夷長技以治夷”思想影響的“洋務派”清政府官員還是被迫接受了修建鐵路，於1881年建造了第一條清政府主張興建的官辦鐵路：唐胥鐵路。
中國第一輛火車是當時唐胥鐵路總工程師的夫人仿照英國著名的蒸汽機車“火箭號”而造成的，並把它命名為“中國火箭號”。因為中國工人在機車兩側各刻一條龍，於是把它叫做“龍號”機車。
火車
1911年5月，清政府宣布“鐵路國有”政策，將已經私有化的川漢、粵漢鐵路收歸國有。此舉招致了四川各階層的反對，由此掀起了聲勢浩大的保路運動。10月10日，湖廣地區革命黨人乘清政府派軍前往四川鎮壓起義造成武漢兵力不足的機會，發動了武昌起義，促使中華民國的成立，結束了封建帝制。
1912年，中華民國宣告成立。中華民國臨時大總統孫中山提出了宏偉全面的鐵路建設計劃，設計了連通全國的3條主要幹線，總長20萬公里。在此後的《實業計劃》“第四計劃”中，孫中山又進一步周密化，設計了5條貫通全國的鐵路大幹線，細分為中央鐵路系統、東南鐵路系統、擴張西北鐵路系統等。
民國時期，中日蘇三國在東北圍繞中東鐵路的權益爭奪，也從另外一面顯現了中國鐵路發展的曲折。中東鐵路原是由沙俄在中國東北境內修築的一段鐵路。該鐵路最早由俄國控制，1922年蘇聯成立后改為中蘇共管。1929年張學良試圖用武力強行收回中東鐵路，結果東北軍敗給了蘇聯紅軍。30年代，日本侵入東北后，蘇聯很快就將該鐵路賣給了滿洲國。1945年後，蘇聯重新獲得了控制權，並在解放后將其移交給了中國政府。
1937年，我國自行設計、建造的第一座雙層鐵路、公路兩用橋錢塘江大橋落成。錢江大橋橫跨錢塘江，是連接滬杭甬、浙贛鐵路的交通要道。該橋由當代橋樑專家茅以升博士設計建造。然而竣工不到2個月，杭州城被日軍攻陷。為了切斷交通樞紐，茅以升不得不親手炸毀這座耗時3年完工的大橋。因為民國時期頻繁的戰亂和外部勢力影響，中國鐵路在這一時期一直發展緩慢。
20世紀50年代初，新中國政府決定填補西部地區的鐵路空白，開始建設成都到重慶的成渝鐵路，1950年6月開工建設，1952年6月通車，成為解放后修建的第一條鐵路。
寶成鐵路北起陝西省寶雞，南行達四川省成都，與成渝、成昆兩線銜接，全長669公里，是溝通西北與西南的第一條鐵路幹線。也是突破“蜀道難”的第一條鐵路。寶成鐵路於1952年7月1日在成都動工，1958年建成通車，1975年7月完成鐵路電氣化工程改造，成為全國第一條電氣化鐵路。
成昆鐵路自四川省成都至雲南省昆明，全長1100公里，原為國防三線建設的重點工程，1958年7月動工，在修了61公里后停建。1964年8月復工，“文化大革命”開始后又一度停工，1970年7月1日全程貫通。成昆鐵路工程的艱巨浩大，舉世罕見。全線橋隧總延長佔線路長度41.6%。有些地段找不到地方設置車站，不得不將站線建在橋樑上或隧道內，在全線122個車站中，這類車站就有41個。這個艱巨宏偉的工程，榮獲國家頒發的“科學技術進步特等獎”。圖中火車正在穿越成昆鐵路全線最長隧道，海拔最高的隧道——沙木拉達隧道。
由於成昆鐵路工程異常艱巨以及當時的施工條件限制，大量鐵道兵在建設時期犧牲在工地。關於犧牲的鐵道兵人數，各種資料數目不一，迄今也沒有權威的統計資料。但是至今仍然可以在成昆鐵路沿線看到很多烈士陵園。
隴海鐵路是中國一條從江蘇連雲港通往甘肅蘭州的鐵路幹線，於1905年起動工，經過四十餘年的分段建設，至1952年全線建成，目前全長1759公里，為I級雙線電氣化線路。隴海鐵路是貫穿中國東、中、西部最主要的鐵路幹線，也是從太平洋邊的中國連雲港至大西洋邊的荷蘭鹿特丹的新亞歐大陸橋的重要組成部分。
大秦鐵路建於1985-1997年，是中國唯一一條煤炭運輸專線鐵路，也是中國第一條重載單元鐵路。鐵路自山西省大同市至河北省秦皇島市，縱貫山西、河北、北京、天津，全長653千米，平均不到15分鐘，就有一列運煤列車呼嘯而過，將上萬噸煤炭運至數百公里之外的秦皇島港裝船南運。
2003年10月12日,，秦沈鐵路作為中國第一條客運專線鐵路正式投入運行。專線鐵路設計時速為每小時250公里，最高時速為300公里。
2006年4月27日，上海磁懸浮結束兩年試運，正式投入營運。這是世界上首條投入商業化運營的磁懸浮列車示範線，全長29.863公里。不同於一般的地面火車，磁懸浮列車運用磁鐵“同性相斥，異性相吸”原理，使列車完全脫離軌道而懸浮行駛，成為“無輪”列車。14分鐘能來回在上海市區和浦東機場之間。
青藏鐵路是青海省西寧市至西藏自治區拉薩市的鐵路，全長1956公里，是世界上海拔最高、線路最長的高原鐵路。中國在施工中克服了青藏高原凍土層的世界難題，於2006年7月1日順利實現了全面通車。圖為當地群眾歡迎從格爾木到西藏的“青1”次列車。
在2007年實行的中國鐵路第六次大提速，中國首次在各主要提速幹線（如京滬線、京廣線、京哈線、膠濟線等）大規模開行時速高達200～250公里的中國鐵路高速（CRH）動車組列車，達到了世界上既有線提速改造的先進水平。
2007年，動車組開進了北京站、興城站。
2008年中國擁有了第一條時速超過350公里的高速鐵路——京津城際鐵路，2009年又擁有了世界上一次建成里程最長、運營速度最高的高速鐵路——武廣客運專線。2011年6月30日，京滬鐵路即將開始正式運營。截止至2011年1月，中國已建成13條高鐵線路，運營總里程達到8358公里。
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火車[機械交通工具]
中國首次引進火車經過
中國有鐵路始於清朝末期。然而清政府腐敗、保守，惟祖宗之規是從，不肯接受新生事物。他們把修建鐵路、應用蒸汽機車視為“奇技淫巧”，認為修鐵路會“失我險阻，害我田廬，妨礙我風水”，因而頑固地拒絕修建鐵路。
火車
1879年，洋務派首領李鴻章為了將唐山開平煤礦的煤炭運往天津，奏請修建唐山至北塘的鐵路。清政府以鐵路機車“煙傷禾稼，震動寢陵”為由，決定將鐵路縮短，僅修唐山至胥各庄一段，胥各庄至蘆台間開鑿運河，連接薊運河，以達北塘海口；為避免機車震動寢陵，決定由騾馬牽引車輛。然而用騾馬牽引車輛根本不能發揮出鐵路應有的效用，1881年唐胥鐵路通車時，中國工人憑藉時任工程師的英國人金達的幾份設計圖紙，採用礦場起重鍋爐和豎井架的槽鐵等舊材料，試製成功了一台0-3-0型的蒸汽機車。這就是中國歷史上製造的第一台機車。
另有一種說法是，中國第一輛火車是當時任唐胥鐵路總工程師的英人薄內的夫人仿照喬治·斯蒂文森製造的英國著名的蒸汽機車“火箭號”而造成的，並把它命名為“中國火箭號”。可是中國工人卻在機車兩側各刻一條龍，於是就把它叫做“龍號”機車。
由於照片上可以清楚地看到RocketofChina（中國火箭）的字樣和龍的標記，所以後人一直認定這就是中國製造的第一台機車。但是從遺留下來的圖片中我們可以看到這台機車設計規範、製造精良，怎麼能和由廢舊料製造的“怪物”等而觀之？
機車的煙囪一個細而高，一個粗而矮；機車兩側水櫃前，一個有鞋形塊，一個沒有；司機室上，一個是№1的標記，一個是圓形標記……由於年代的久遠。
目前中國鐵道博物館東郊館收藏著一台中國現存最古老的機車，由於它機身上有一個大大的“0”字，人們便把它稱為“0號”機車。專家考證后認為唐胥鐵路通車后，“1882年，又從英國購來兩台小型的0—2—0式（只有兩對動輪）機車（稱0號），參加運行。”被認為是中國進口的第一輛機車。
自1881年建成唐胥鐵路至1911年清政府垮台的30多年間，是中國鐵路的首創階段。這一階段內，清政府由於洋務派和國內有志之士的不斷建議和提倡，不但改變了修建鐵路會“失我險阻，害我田廬，妨礙我風水”的認識，而且接受戰爭失敗的教訓，又進而從加強海防上認識到“鐵路開通可為軍事上之補救”，終於確定興建鐵路的方針，建立鐵路公司，開始有籌劃地修建鐵路了。30多年時間裡，中國的18個省市修築了鐵路計9137.2公里。這些鐵路有的是官辦，有的是商辦，有的是官商合辦，還有一部分是中外合辦，或者乾脆就是外國人修的。
歷史的車輪駛進中華民國，鐵路建設的狀況有所改觀。南京臨時政府在其成立之初設有交通部，又先後成立中華全國鐵路協會和中國鐵路總公司。從1928年開始執政的南京國民黨政府，在其長達20餘年的統治中，雖然制訂了大規模發展鐵路的計劃，並一度設立鐵道部統管全國鐵路事業，但建成的鐵路並不多。全國鐵路缺干少支的狀況，在國衰民窮、連年戰爭的情況下，一直未得改變。到1949年，中國可統計的機車有4069台，分別出自9個國家的30多家工廠，機車型號多達198種，難怪人稱中國是“萬國機車博物館”。據可以查到的資料，從英國進口的有1892年製造的Double，Bershire型（比謝爾式）機車等。
中國第一台機車之謎
中國第一條自辦鐵路是李鴻章在唐山修建的唐胥鐵路，當時，李鴻章倡導鐵路的經歷並沒有一帆風順，期間發生了不少坎坷與爭論，不僅老百姓不了解鐵路的重要性，即使一些政府官員也堅決反對修建鐵路。在鐵路修好以後通車不久，清政府就以“機車直駛，震動東陵，且噴出黑煙，有傷禾稼”的理由，下令禁止使用機車，而被迫將火車頭卸下，改為驢馬拖著火車走。也因如此，十分滑稽的一幕出現了：幾頭驢馬，力不勝任地拖拽著長長的運煤車在鐵軌上艱難地行駛著。這也就是那名噪一時的“驢馬拉火車”的故事。李鴻章並沒有就此罷休，費盡心思說服那些守舊的官員們，幾經波折，1882年6月，唐廷樞等邀請了一批官員試乘“龍號”機車。機車載著這些官員僅用1小時就走了20英里的路程，官員們感覺火車舒適、安全、可靠。終於在1882年，火車恢復使用機車牽引，獲准正式行駛。
2003年，研究中國鐵路的英國人彼得·克拉什發現了一張金達與“中國火箭號”合影的照片。通過比較，可以看出這張照片上的“中國火箭號”與中國保存的那張照片上“中國火箭號”有明顯地不同之處，由於年代的久遠，資料的缺少，中國製造的第一台機車之謎依然撲朔迷離，一時難以真相大白。
“龍號”機車，是中國鐵路裝備製造業的開端，中國歷史上第一台機車“龍號”機車出自唐山，它奠基了唐山作為中國近代工業搖籃的基礎。“龍號”又被稱之為“中國火箭號”，“龍號”蒸汽機車是中國第一台機車，之所以稱之為“龍號”機車，是因為機車的兩側各鑲嵌了一條用黃銅鐫刻的飛龍。1880年，中國第一條標準軌距鐵路唐胥鐵路修竣的同時，胥各庄修車廠已開始製造機車。當時缺乏原料，設備簡陋，機車車架是用煤礦舊井架的槽鐵製作，鍋爐用廢舊起重機上的鍋爐改制，而車輪則是用生鐵製成，這成為了中國第一台機車。機車除了三對動輪，既無導輪，又無後輪，時速30公里，運輸能力百餘噸。
火車的轉向架卡在軌道上沿著軌道行駛，轉彎時轉向架轉動，讓火車沿著軌道繼續行駛。轉彎時外軌高於內軌。
火車
電氣化鐵路的最初投資很大，但按每里計算則是運作成本最低的。因此只有高流量的線路才適合電氣化。電氣化列車可能使用高架電纜或第三軌取電。
以動力的單位千瓦（KW）除以能夠牽引的重量公噸（Ton）來計算動力機車頭的效能稱為牽引能力比，蒸汽機車效能最低，其次是柴油機車（電力傳動比液力傳動效益高），電力機車或是電聯車相對而言就經濟的多。因為不需消耗額外的動能來牽引產生動力的引擎。
牽引動能比由小排到大依序為：（客運飛機、摩托車、一般家庭的汽車、公路上跑的卡車、農用牽引機、全掛拖車、）蒸氣機車、柴油液力傳動機車、柴油電力傳動機車、電力機車、柴油動車組、高鐵動車組、電力動車組（客輪、漁船、油輪）。
火車
交直流電傳動機車動作原理
機車蓄電池供96V啟動，80KW啟動發電機。啟動發電機發動機車柴油機，柴油機運轉帶動同步主發電機運行，45KW的感應子勵磁機通過整流輸出直流電給同步主發電機轉子勵磁，主發電機正常發電，（當柴油機運轉后啟動發電機轉成他勵發電機運行發出110V恆定直流電，供給空壓機以及一些機車輔助設備，另外再給機車蓄電池充電），同步主發電機發出三相交流電，經過主整流櫃，供給六台直流牽引電機，最後，機車啟動。
有的人可能認為內燃機車和汽車都是使用的內燃機，兩者的結構原理應是相同的。其實，它們是不完全一樣的。汽車是利用內燃機產生的動力直接推動車輪轉動，而內燃機車則是先通過內燃機帶動發電機產生電能，再用電能使電動機旋轉，從而驅動機車前進。所以，通常也將內燃機車稱做“電傳動內燃機車”。
內燃機車出世后，以其明顯的優勢很快就壓倒了蒸汽機車。特別是第二次世界大戰結束后，由於內燃機車所用的燃料——石油價格較低，能大量供應，因而有力地促進了內燃機車的發展。一些國家如美國、法國、加拿大等國都用繼製成了內燃機車，並且在10年左右的時間內實現了鐵路機車內燃化，使內燃機車得到了較廣泛的使用。
我國於1958年研製成了第一台內燃機車。到1969年，已製造出4000馬力的內燃機車，如“東風型”、“東方紅型”和“北京型”內燃機車等。我國在許多鐵路線上已有各種類型的內燃機車牽引著長長的列車在馳騁著，一些主要幹線的直達客車基本上實現了內燃機車牽引。
內燃機車除了通常使用的電傳動內燃機車外，還有液力傳動內燃機車和適用於寒冷缺水地區的燃氣輪機車。
燃氣輪機車是現代化內燃機車的一種。這種機車的內燃機與噴氣式飛機的原理相同。它比一般內燃機車的馬力大，振動小，結構簡單，行駛安全可靠，而且容易製造。世界上第一台燃氣輪機車是1941年在瑞士製成的。由於它特別適用於高寒、缺水地區使用，所以發展很快。法國已研製成並投人使用第二代和第三代燃氣輪機車，其中第二代燃氣輪機車的最高時速就已達到260公里。燃氣輪機車已成為引人注目的現代化機車的一個得力的方面軍。
df8b型內燃機車
(2)按傳動方式分：電傳動、液力傳動和機械傳動內燃機車。電傳動內燃機車，可分為直流電傳動、交直流電傳動和交流電傳動內燃機車。液力傳動內燃機車，可分為普通液力傳動、液力一機械傳動和液力換向的液力傳動內燃機車。後者簡稱為液力換向內燃機車。
(3)按機車裝用主柴油機台數分：單機組內燃機車和雙機組內燃機車。
(4)按能否實行重聯牽引分：非重聯內燃機車和重聯內燃機車。
(5)按走行部結構分：車架式內燃機車和轉向架式內燃機車。
(6)按機車軸數分：四軸、六軸和八軸內燃機車。
(7)按機車軸式分：A-A、A0-A0、B-B、B0-B0、B-B-B、B0-B0-B0、C-C、C0-C0、D-D、D0-D0、A01A0-A01A0、AAA-B軸式內燃機車。
(8)按司機室數量分：單司機室和雙司機室內燃機車，還有無司機室內燃機車。
集通蒸汽機車
註：鐵道機車用的內燃機絕大多數是柴油機。
內燃機車由下列部分組成：柴油機、主傳動裝置、輔助傳動裝置、車體(包括司機室)、走行部及各輔助系統。
機車輔助系統包括：燃油系統、機油系統、冷卻水系統、預熱系統、空氣制動系統及其他用風系統、控制系統、照明系統、充電系統、檢測系統、診斷系統和顯示記錄系統等。
1、電傳動
直流電傳動、交直流電傳動和交直交(簡稱交流)電傳動。東風、東風2和東風3型機車，為直流電傳動機車；東風4型以後研製的電傳動內燃機車，均為交直流電傳動機車。1999年以後陸續出現了一些交流傳動機車。比較成功的有大連廠的東風4DJ型和戚墅堰廠的東風8CJ型。國產電傳動機車都命名為東風*型進口的則是ND*型。電傳動機車在國內最知名的是由戚墅堰機車車輛廠製造的東風11G型和東風8B型。
2、液力傳動
液力傳動的火車
3、機械傳動
國內取消；只在小功率的地方鐵路和工礦機車上少有運用。從1992年6月1日起，北京鐵路分局結束了使用蒸汽機車牽引客車的歷史，改用內燃機車，以提高列車的速度和正點率。
人們在使用蒸汽機車的過程中發現，這種機車的一個致命弱點是它的鍋爐既大又重，嚴重影響了它的發展前途。在鍋爐里，用煤將水加熱成蒸汽，再通入汽缸里，從而推動機車前進。有人設想，如果將這種笨重的鍋爐去掉，使燃料直接在汽缸內燃燒，用所產生的氣體來推動車輪旋轉，就可以克服蒸汽機車的主要缺點。於是，一些科學家便開始進行研究試驗。
1866年，德國人奧托首先製成了一種燃燒煤氣的新型發動機。這種發動機和蒸汽機在汽缸外面的鍋爐里燃燒燃料不同，它是在汽缸內點燃煤氣的，然後利用氣體的壓力推動活塞，從而使曲軸旋轉。因此，就給它起了個形象的名字，叫做“內燃機”。內燃機的出現，為火車的進一步發展帶來了生機。
後來到了1894年，德國就製造出世界上第一台內燃機車。這種沒有大鍋爐的新機車，既不燒煤，也不燒煤氣，而是用柴油作燃料。它所用的柴油機是德國人魯道夫·狄塞爾發明的。從此，內燃機車就成了火車家族中的一位重要成員，並得到了廣泛的應用。
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火車[機械交通工具]
1.速度快：內燃機車起動迅速，加速又快。通常，蒸汽機車的最大時速為110公里，而內燃機車的最大時速可達230公里，使鐵路通過能力提高35%以上。
2.馬力大：蒸汽機車的功率一般3000馬力左右，而內燃機車可以達到5000～8000馬力，因而運載量就多。
3.能較好地利用燃料的熱能：蒸汽機車的熱效率一般僅為7%左右，而內燃機車可達到38%左右，提高了6倍，從而節省了大量的燃料。
4.適合缺水地區使用：蒸汽機車是個用水“大王”，一列火車平均每行駛10公里，就得消耗水3～4噸。通過乾旱的缺水地區，火車就需要自帶用水。據統計，在缺水地區運行一列火車，如果有10節車廂，其中有3節車廂是用來裝水的。而內燃機車用來冷卻的水僅需要幾百公斤，供循環使用，內燃機車上一次水，可連續行駛1000公里，因而它被人們譽為“鐵駱駝”。
5.司機駕駛操作方便：內燃機的司機不需要像蒸汽機車那樣加煤加水，而且駕駛室內明亮寬敞，司機操作時視野開闊，既方便又安全。
6.適合複雜環境；如自然災害和非自然災害如戰爭，無需接觸網即可運行。
SS4改電力機車
隨著電力機車的發展，要使它跑得快，運載量大，就得提高電力機車供電系統的電壓和功率，因而需要使用高壓輸電線和變電裝置。在這種情況下，就不能再使用設在地面上的第三條軌供電的方式了，因為這既不安全，又給使用帶來不便。
1881年，德國試驗成功一種適合以高壓輸電線供電的電力機車新的供電系統，叫做“架空接觸導線”供電系統，也就是將電力機車的供電線路由地面轉向空中。實際上，這種供電系統和城市中的有軌電車相似，在車頂上裝著一條“長辮子”。它與以前使用蓄電池的電動機車的主要不同在於，它自身不帶電源，由電廠供電，所以機車的結構比較簡單，但需要一套供電設備。
這種裝有“長辮子”的火車，依靠裝在車頂上的受電弓子把電力從架在空中的電線上引到機車裡。高壓輸電線送來的電是高達110千伏的三相交流電，必須經過牽引變電所變成27千伏的單相交流電，方能供機車使用。因此，在電力機車行駛的鐵道沿線上，每隔50公里左右設一個牽引變電所。變電所的電又被送到鄰近的沿線接觸網上，通過機車上的受電弓將交流電引到機車的整流器上，把交流電變成直流電，使直流電動機旋轉，再經過一套傳動裝置，帶動車輪轉動，機車就會跑動起來。
電力機車雖然問世較早，但直到20世紀60年代才開始受到人們的重視，被大量普遍地使用起來，已成為鐵路機車家族中的佼佼者。
人們將電力機車稱為神通廣大的“火車頭”，就是因為它比蒸汽機車有著以下獨特的優點：
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火車[機械交通工具]
二是電力機車用的是“乾淨”的電能，它不冒黑煙、揚灰渣，因而不會污染環境。即便是通過幾公里長的隧道，旅客也不必擔心濃煙和廢氣熏人，也不會被討厭的煤灰渣迷住眼睛或弄髒衣服。機車駕駛人員也能在寬敞明亮的司機室進行操作。
三是電力機車操作簡便，出車前的準備時間短，不像蒸汽機車那樣，既要裝煤，又要加水，也不像內燃機車需要加油。無論是在缺水的沙漠地帶，或是在冰天雪地的寒冷地區，只要有電力供應，電力機車就能牽引列車晝夜行駛。
四是電力機車使用的是電能，既可由煤炭、石油來發電，也可由水力、核能、天然氣、地熱、太陽能等發電，能量來源比蒸汽機車和內燃機車豐富，而且效率高。蒸汽機車的熱效率只有7%；內燃機車的熱效率較高，也僅為38%；而採用火力發電的電力機車，其效率可達39%，若以水力發電時，熱效率高達60%～70%。
韶山8型電力機車模型
當時歐洲各國的電力機車的發展較快，如瑞士、荷蘭等國研製的電力機車和供城市交通使用的有軌電車。
我國對電力機車使用很重視，除了建成寶成路電氣化線路外，又修建了多條電氣化線路，大大提高了機車的運載量。與此同時，我國還研製成了“韶山”型電力機車，也投入使用。
電力機車除了在鐵路和城市地面交通（即有軌電車）使用外，還多用於城市中地鐵，如義大利米蘭市地鐵、我國北京地鐵用的電力機車等。北京地鐵電力機車上的“長辮子”已經不見了。這是怎麼回事呢？原來，它是將“長辮子”從車頂上移到鐵軌旁邊的路基上。這樣，架設和檢修都很方便，但路軌附近有觸電的危險，所以嚴禁乘客跳下站台，以保證人身安全。
有的國家已製成了具有萬匹馬力的電力機車，使火車的速度超過了每小時200公里。還有的在研製14000馬力的大功率電力機車，將會使火車的速度得到進一步提高。看來，電力機車將有著美好的發展前景。
電力機車是從接觸網獲取電能，再利用牽引電機驅動的機車，是非自帶能源式的機車。
1、直流電力機車
火車
這種機車在國內應用最廣，城市電車、地鐵、鐵道運輸等方面都有應用，但受接火車觸網電壓的影響，機車功率受到一定限制。
2、單相低頻交流電力機車
3、單相工頻交流電力機車（整流器式電力機車）
這種機車是國內普遍採用的，像韶山1型、韶山3型等。4、其他
（1）、採用直流他勵牽引電機的機車像韶山2型
（2）、採用交流無換向器牽引電機的機車交－直－交制交－交制的機車已經在這種系統中應用，像德國的ICE型高速電動車組株洲廠的DJ2型等等，電力機車由機械、電氣、空氣管路三大系統組成，下面簡要說一下整流器式和交直交電力機車原理：接觸網供單相交流電－機車內牽引變壓器降壓－整流后變成直流電－供給直流牽引電機－牽引電機旋轉帶動機車運行。
高速列車
日本的高速鐵路系統稱之為新幹線。是全世界第一個投入商業營運的高速鐵路系統，採用標準軌（1435mm）的軌距，均為純客運服務。第一條路線是連結東京與大阪之間的東海道新幹線，於東京奧運會開幕前的1964年10月1日通車營運；經過多年擴展，目前有9條路線，其中包含2條路線等級較低的“mini新幹線”，將日本大多數的重要都市連結起來。最初由日本國有鐵路研發與營運，國鐵分割民營化後由JR集團接續，目前有JR東日本，JR西日本，JR東海，JR北海道，JR九州等5家JR公司提供服務。
日本新幹線是以同時適合快速及大量運輸而設計，因而其建造與營運技術均有別於傳統鐵路，例如全面採用動力分散式列車、軌道全面採用立體交叉、首創列車自動控制等，最短可以3分鐘的班距運行，運營52年來，平均誤差時間僅為52秒。並且，日本新幹線號稱全世界最安全的鐵道系統，擁有營運五十年二十億公里零死亡的紀錄。唯一一次致乘客死亡的事故發生與2015年6月30日上午，東海道新幹線希望號發生自焚事件。該列車行駛至神川縣新橫濱——小田原路段時，一名男子在一號車廂內拿出一個白色塑料桶，向四周潑灑油狀液體並渾身澆油后，用打火機點火，大火很快被趕來的乘務員熄滅。事件中的自焚男子及另一名50多歲的女性乘客死亡，受傷者超過11人，但未因新幹線本身的問題而發生過死亡事故。
新幹線列車運行最高車速依路線可達到每小時240至280公里，但在進行速度測試時，曾創下每小時443公里的最高紀錄（由“300X”實驗列車在1996年時所創下）。身為日本鐵路技術居於世界頂尖的重要象徵，新幹線的技術也向海外輸出，例如台灣高速鐵路即採用新幹線做為系統基礎。
21世紀后，日本將研究重心轉移到了列車節能性的改良和超導磁懸浮上，並取得了一定成就；在2015年開始試運行JR東日本的L0系磁懸浮高速列車，4月16日，以7節車輛組成的列車進行試驗運行，達到了最高時速590公里，超越了在2003年12月2日以mlx01-2高速列車達到的時速81公里之世界列車最高速度紀錄。2015年4月21日，L0系高速列車試驗運行達到了時速63公里，再次刷新了世界列車最高速記錄。
法國高速火車稱TGV(TrainàGrandeVitesse法文高速列車之意）。法國國鐵（SNCF）從1950年開展高速火車技術研究，1955年研製的樣車試車，就創造了當時的世界最高記錄-火車時刻表時速331公里，使人們看到了這一技術的發展前景。
法國高速火車實際運營開始於1967年。之後法國國鐵不斷改進，使TGV的速度不斷創新，1972年法國完成了編號為TGV001的原型列車，最高火車時刻表時速318公里。1981年，一列由七節車廂組成的TGV列車創下了火車時刻表時速380公里的新記錄。1990年，一列由兩輛動車、三輛車廂組成的第二代TGVAtlantique以515.3公里火車時刻表時速創造了新的世界紀錄。
法國高速列車於2007年4月3日在行駛試驗中達到574．8公里的時速，打破了1990年由法國高速列車創下的時速515.3公里的有軌鐵路行駛世界紀錄。法國TGV線路分為四部分：巴黎東南線（TGVPSE），由巴黎至里昂運行3小時50分，火車時刻表時速260公里。大西洋線（TGVAtlantique）,由巴黎通往大西洋岸，火車時刻表時速300公里。北方線(TGVNord)從巴黎出發，穿越英倫海峽進入英國。另有支線到布魯塞爾，並延伸至阿姆斯特丹、科倫、法蘭克福。東線(TGVStrasbourg),由巴黎到斯特拉斯堡。
車型種類：CRH1、CRH2、CRH3、CRH5、CRH380AL、CRH380BL、CRH380C、CRH380D、CRH6、CR400AF、CR400AF-A、CR400AF-B、CR400BF、CR400BF-A、CR400BF-B
中國動車組
火車和其他車輛一樣，是利用車輪行駛的。火車的輪子不斷地在鋼軌上滾動，才推動列車飛速前進。
隨著火車速度的提高，輪子和鋼軌便產生磨損。不僅如此，由於列車在行駛中所受到的阻力（空氣阻力和摩擦阻力）與速度的平方成正比。所以，在利用車輪滾動行駛的條件下，當火車行駛速度超過一定值（每小時1000公里）時，就再也快不了了。
怎樣解決這個矛盾呢？有些人就提出把妨礙列車速度提高的車輪甩掉，設法使列車像飛機在空中飛行一樣，在鋼軌上騰空行駛，不就克服了輪子所帶來的各種缺點嗎！於是，沒有輪子的火車便隨之誕生了。火車頭和車廂都很重，如何使它們騰空起來呢？科學家通過研究，提出了兩種解決方法。
第一種辦法是，利用功率很強的航空發動機向軌道上噴射壓縮空氣，使列車的車底和軌道之間形成一層幾毫米厚的空氣墊，從而將整個列車托起，懸浮在軌道面上。再用裝在後面的螺旋槳式發動機推動列車前進。這種火車通常叫做“氣懸浮列車”。由於它好像被氣墊托起來一樣，所以又叫做“氣墊列車”。
法國是世界上最早修建氣墊列車的國家。上世紀60年代，在巴黎和奧爾良郊外建成了兩條氣懸浮式鐵路，一條長18公里，另一條長6.7公里，曾進行了多次運行試驗。列車的試驗速度為每小時200至422公里。1969年在奧爾良郊外使用的氣墊車，長26米，寬3.2米，高4.35米，重20噸，可乘3人。
1955年，易安迪製造兩款LWT-12氣墊列車，被聯合太平洋等鐵路公司購買，但沒能流行起來。
第二種辦法是，利用磁體同性相斥的原理，使車體在軌道上懸浮起來，再用發動機推動列車前進。人們把這種列車叫做磁浮列車。
磁浮列車是在列車的底部裝有用一般材料或超導體材料（在一定溫度下這種導體的電阻接近於零）繞制的線圈，而在軌道上安裝環形線圈。根據法拉第的電磁感應定律，當列車底部的線圈通入電流產生的磁力線被軌道環形線圈所切割，就在環形線圈內產生感應磁場，它與列車底部超導線圈產生的磁場同性相斥，就使列車懸浮起來。由於懸浮列車克服了輪子和軌道的摩擦阻力，因而可使列車的速度達到或超過每小時30公里。
磁浮列車的耗電量巨大，它可與一般飛機的飛行速度媲美，人們稱它為“飛行列車”和“超特快”列車。乘坐這種列車，使人感到既舒適、不會嗡嗡作響，又特別迅速。在車內，即使行駛速度很高時，乘客也會覺得像坐飛機那樣平穩。它的速度可達每小時400多公里。1300公里的距離，如果是乘坐這種沒有輪子的火車，只要3個多小時就可到達。
磁浮列車是在20世紀60年代開始研製的。世界上第一條實用性的磁浮鐵路建在原聯邦德國漢堡市展覽館至展覽廣場之間，全長908米，軌道為高架橋式。磁浮列車長26.24米，可載客68人。它可浮離軌面10毫米運行，最高時速為75公里，已經拆除。
1979年12月12日，日本研製的磁浮列車進行了一次運行試驗，時速達到504公里。試驗是在日本宮崎縣向市的鐵路試驗中心進行的。所用的試驗車長13.5米，高2.7米，寬3米，重10噸。試驗時，列車先經過一段短距離行駛，獲得起始速度后，列車便在導軌上（通常為單軌，也有雙軌的）浮升100毫米，並快速向前飛馳。磁浮列車在懸空行駛時，是不使用車輪的。但在起動或剎車時，還需要用車輪。
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火車[機械交通工具]
上海磁懸浮列車時速430公里，一個供電區內只能允許一輛列車運行，軌道兩側25米處有隔離網，上下兩側也有防護設備。轉彎處半徑達8000米，；最小的半徑也達6600米。軌道全線兩邊500米範圍內是法定隔離區。
2002年12月31日全線試運行，2003年1月4日正式開始商業運營。是世界第一條商業運營的磁懸浮專線。這列當今世界上最酷最炫的列車，帶車頭的車廂長27.196米，寬3.7米。中間的車廂長24.768米，14分鐘內能在上海市區和浦東機場之間打個來回。
火車
這次提速調圖，列車運行速度有了大幅度提高，實現了歷史性突破。在京廣、京滬、京哈三大幹線，提速列車最高運行時速達到了140公里，三大幹線上運行的其他旅客列車和其他線路上運行的旅客列車速度也有了不同程度的提高。全國鐵路旅客列車的平均速度由1993年圖的時速48.1公里，提高到時速59公里，增加了16.8公里。
首次開行了快速列車和夕發朝至列車。全國鐵路以哈爾濱、北京、上海、武漢、瀋陽等大城市為中心，開行了最高時速達140公里、旅行速度在時速90公里以上的40對快速列車；同時，開行了78列夕發朝至列車，被旅客讚譽為“移動賓館”。
首次開行了發到站直達、運行線全程貫通、車次全程不變、發到時間固定、以車或以箱為單位報價的“五定”貨運列車，做到了雙線日行800公里、單線日行600公里以上，實現了貨運班列客車化，價格收費公開化，承諾服務規範化。
優化了客貨列車開行結構。在旅客列車方面，增加了直通特快、直通快車、管內特快、管內快車數量，減少了直通慢車、管內慢車、市郊列車數量；增加了卧鋪數量，適當減少了座席數量。在貨物運輸方面，提高了直達列車比重，減少了貨物列車改編作業，加快了車輛周轉，提高了作業效率。
1998年10月1日零時，中國鐵路第二次大面積提速調圖開始實施。這次提速調圖，以京廣、京滬、京哈三大幹線為重點，進一步擴大了提速範圍，提高了列車速度，優化了運輸產品結構和運力資源配置。
提速線路進一步延長，列車速度進一步提高。快速列車最高運行速度達到了時速160公里，非提速區段快速列車最高速度達到了時速120公里。京九、浙贛、侯月、寶中、南昆線和蘭新線武威至烏魯木齊段列車運行速度也有一定幅度提高。旅客列車旅行速度和技術速度與1997年相比，也都有了一定幅度的提高，直通快速、特快客車平均時速達到71.6公里，提高了14.5公里。
客貨運輸品牌進一步得到增加和優化。根據市場需求，增加了快速列車和夕發朝至列車數量，快速列車增至80對。夕發朝至列車增加到228列。滿足城際間客流需求，開行了北京—天津、北京西—石家莊等大城市間的城際客車，並且適當安排了短途客車、假日列車、民工專列等客車。首次開行了北京—廈門、哈爾濱—武昌等旅遊熱線直達列車，吸引了大量旅遊客流。
根據行包運輸需求不斷增長的實際情況，首次開行8對行包專列，實現了行包運輸由廣州、福州、滬杭等地區向烏魯木齊、成都、北京、哈爾濱、瀋陽等地區輻射的快速通道，受到貨主的普遍歡迎，鐵路行包運輸收入大幅度增加。為適應較大企業貨主對大宗物資的運輸需求，開行了大宗貨物直達列車119列。為方便貨主對高附加值貨物和適箱貨物快捷運輸的要求，“五定”班列數量進一步增加。
鐵路新一輪提速，進一步適應了旅客對運輸快捷的要求，擴大了客貨運輸品牌效應，贏得了社會各界的廣泛讚譽，列車提速被64家產業報評為1998年十件大事之一。
2000年10月21日零時，中國鐵路第三次大面積提速在隴海、蘭新、京九、浙贛線順利實施。在前兩次大面積提速的基礎上，初步形成了中國鐵路提速網路。京廣、京滬、京哈、京九線四條縱貫南北的大動脈和隴海、蘭新線，浙贛線兩條橫跨東西的大幹線，全面實現了提速，全國鐵路提速線路延展里程接近一萬公里，初步形成了覆蓋全國主要地區的“四縱兩橫”提速網路。在提速範圍擴大的同時，列車速度又有新的提高。全國鐵路旅客列車平均時速又提高了15.1公里，達到80.3公里。
這次調圖進一步優化了運輸產品結構，初步形成了鐵路客貨運輸品牌系列。客運方面，深受旅客歡迎的夕發朝至列車達到266列；同時為適應假日經濟和旅遊業的發展，安排了跨局旅遊專列運行線28對。行包方面，根據小商品市場快速發展的實際情況，安排行包專列14對。貨運方面，適應高附加值貨源增長和貨主對運到時限的要求，共安排五定班列運行線71條；為進一步搞好大中型國有企業和重點物資運輸，安排大宗貨物直達列車運行線138條，比1998年圖增加19條。夕發朝至列車、快速列車、城際列車、旅遊列車、行包專列、“五定”班列、大宗貨物直達列車等客貨運輸品牌數量進一步增加，質量不斷提高，產品結構更加合理，基本上滿足了廣大旅客貨主不同層次的運輸需求，初步形成了中國鐵路適應市場的產品系列。
2000年運行圖一個較大的變化是列車分類和列車車次的變化。隨著鐵路客貨運量的不斷增長，旅客列車數量的不斷增加，原有的列車分類和列車車次已無法滿足需要。為規範管理，適應市場營銷需求，鐵道部重新修訂了列車分類和列車車次。新的列車車次將傳統的快速列車、特快列車、直快列車、普通客車、混和列車、市郊列車、軍運人員列車七個等級調整為三個等級，即特快旅客列車、快速旅客列車、普通旅客列車。普通旅客列車包含普通旅客快車和普通旅客慢車。這樣，概念更加準確，更便於旅客了解。跨局旅客列車分別實行客流旺季和淡季兩套編組方案和兩套票額分配方案，有利於提高資源的使用效率。
2001年10月21日零時，經過充分準備之後，中國鐵路第四次大面積提速調圖開始實施。這次提速的重點區段為京九線、武昌—成都（漢丹、襄渝、達成）、京廣線南段、浙贛線和哈大線。經過這次提速后，中國鐵路提速網路進一步完善，提速範圍進一步擴大，鐵路提速延展里程達到13000公里，使提速網路覆蓋全國大部分省區。
第四次提速調圖進一步增開了特快列車、優化了運行時刻。在京滬線北京至上海間自18：00—20：00兩個小時之內連續開行了4對夕發朝至特快列車，其中，T13次與T21次、T22次與T14次僅間隔8分鐘。
這次調圖進一步樹立了夕發朝至列車等客貨運輸品牌的形象。一是對夕發朝至列車時間段進行了優化，始發時間段定為17：00—23：00，終時時間段定為5：00—10：00，更加突出了“夕發朝至”的品牌效應。二是為滿足旅遊客流需求，更好地拓展鐵路旅遊市場，鋪畫了跨局旅遊專列運行線28對，為開好旅遊專列創造了條件。三是增加了行包專列數量，優化了開行方案，行包專列達到15對。四是優化了“五定”班列開行方案，調整了五定班列始發、終到站，五定班列數量達到79列。優化供應港澳地區的3趟快運列車運行方案，提高了旅行速度，壓縮了送達時間。五是在對大宗直達貨源貨流進行全面調查、分析和梳理的基礎上，安排了大宗定期始發直達列車157列，比2000年運行圖增加19列。
2004年4月18日零時實施的第五次大面積提速調圖，集中體現了鐵路運輸生產力發展的新水平，展示了鐵路部門堅持以人為本、誠信服務的新理念。
火車
這次提速調圖，幾大幹線的部分地段線路基礎達到時速200公里的要求，提速網路總里程16500多公里，其中時速160公里及以上提速線路7700多公里；全國鐵路旅客列車平均旅行速度達到時速65.7公里，比2001年運行圖提高14.3公里，其中直達特快列車平均時速159.2公里，特快列車平均時速142.8公里。主要城市間客車運行速度進一步提高，旅行時間大幅度壓縮。
鐵路部門以這次提速調圖為契機，精心設計並推出了一批客貨運輸新產品。客運方面，新增開了19對直達特快旅客列車。列車全部採用國內最先進的龐巴迪和25T型客車，最高運行速度達到時速160公里，途中一站不停，點到點運輸；直達特快列車安排在客流量較大的北京至上海、瀋陽、哈爾濱、南京、武漢、天津、杭州、揚州、蘇州、合肥、長沙、長春、西安至上海14個城市始發、終到，實現大城市間旅客快捷運輸；直達特快列車採用追蹤連發方式，比如，京滬線上行直達特快列車，連發11列，間隔7分鐘，讓更多的旅客能夠選擇黃金時段乘車。貨運方面，新增開北京—哈爾濱、上海、廣州3對特快行郵專列，全程按直達特快旅客列車等級運行；新增開北京—烏魯木齊、廣州—上海2對快速行郵專列，全程按快速旅客列車等級運行；新增加固定車底的冷藏快運專列和集裝箱快運專列。這些貨運新產品，對於加快我國現代物流業的發展發揮了重要作用。
2007年4月18日第六次大提速后，鐵路客運能力將提高18%。最突出的亮點是時速200公里以上的212對城際間動車組將開行在環渤海、長三角、珠三角城市群和華東、中南、西北、東北地區的重點城市間，形成以北京、上海、哈爾濱為中心的快速客運通道。
火車
新的列車運行圖共安排開行動車組列車257對，分四階段實施，2007年4月18日，首先開行140對動車組。屆時，主要城市間的旅行時間將大幅度壓縮。
在此基礎上，其他客車開行方案也將進一步優化。新的列車運行圖將增加7對一站直達特快列車，一站直達特快旅客列車總數增加到26對。夕發朝至列車也將由當前的305列增至337列。
對於乘坐票價相對便宜的普通列車旅客，可選擇的機會也大大增多了。全國鐵路增開了52對中長途普通旅客列車，其中中西部地區增加29對。
這次提速調圖后，全路旅客列車速度普遍有較大提高，主要城市間旅行時間總體壓縮了20%—30%。
據介紹，我國鐵路經過6次大面積提速，最高時速達到250公里，這已是既有線上的最高速度。這次提速共涉及京哈、京滬、京廣、隴海、蘭新等18條線路，旅客列車最高運行時速達到120公里及以上的線路延展里程共計2．2萬公里，比第五次大提速增加了6000公里。
