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D5200に限らず、初級者向けのカメラはレリーズボタンでAFが作動します（中級機以上になると独立したAFボタンがあります）し、画面中央部にフォーカスエリアが集中しているため、画面の左右にピントをあわせることが多い鉄道写真では、シャッターを切る時だけはMFにすることで失敗は減らせると思います。
1) 構図を決めます。この時はAFでもMFでも構いません。
2) シャッターを切る位置に対してピント（AF）を合わせます。この時、一時的に構図を振ってAF精度の高い画面中心部分を使います。
3) ピントを合わせたらMFに変更し、1)で決めた構図に戻します。
4) シャッターを切り、ピントが合っているか液晶画面で確認します。
5) 列車が見えてもカメラを動かして追ってはいけません。狙った位置に先頭部が来るまで構図はそのまま。
6) シャッターを切る

AFの性能は確実に進歩しているものの、条件によっては背景にピントが合ってしまったり、ヘッドライトに狂わされることもあるので過信してはいけません。

レンズを変えると良いです
例えば ニコン AF-Sニッコール70-200mmF4G ED VRなどに
快適に撮れるようになります

５１００の使用者です
同様な回答これで何回目かｗ

カメラ任のピントで不安ではありますが、いわゆる「親指ＡＦ」による置きピンが好都合です（AE-L.AF-Lボタンの機能を「AFの起動」に設定します）
走行する列車にＡＦを稼動させながらでは、場合によってゎＤ３でさえ合いません
そもそも列車先頭部がＡＦエリアにかかるかどうか・・・？
かかるとしても、三脚固定で待っていて高速列車が画面に飛び込んできた瞬間に合うはずがないです
最低でも１秒くらい余裕が要るでしょう？ だから危ない賭けはやめて置きピンなんです

置きピンをやるには、まずＡＦモードを「ＡＦ－Ｃ」にして、レリーズ優先にする必要があります
さもないとレリーズボタン押してもシャッター切れずに、撮り逃します。 理由はわかりますね？
（D5200の場合はAF-Cモード時のみレリーズ優先設定が可能です）

もしＭＦで合わせるのならライブビューを使わないと、ジャスピンを得るの難しいです
その点ゎ、一眼レフでも昔のＭＦ専用機のスクリーンと、現行（特に廉価品）のＡＦで合わせること前提に作られているオマケファインダーとの差ですね

一つの方法として置きピンでの撮影がありますが、その撮影では三脚とシャッターを切るレリーズが必要となり、置きピンは電車の前面が通過する場所にMFモードでピントを合わせて置き、通過する時を見計らってレリーズでシャッターを切ります。

動いている被写体にMFにして自分で合わせるのは難しいですよ。鉄道ならダイナミック39点や3DトラッキングのAFが便利ですよ。とある鉄道写真家の人も3Dトラッキング機能が便利と言っていましたので。ダイナミックAFは一度ピントを合わせた被写体を追いかけてくれます。3Dトラッキングも同じく合わせた所にピントを追いますが、ダイナミックの方は被写体が画面から外れると追いかけなくなりますが、3Dトラッキングの方は一度外れても後でまた画面内に入れると追いかけてくれます。逆に3Dトラッキングは色で感知してるので、同じような色をしたものが周りにあると、フォーカスが迷う事があります。なのでそこは上手く使い分けましょう。
いきなり本番ではなくてどこか適当な所で練習をするのも成功への道の一つです。