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A、水平面上加速行驶的汽车,由于重力势能不变,而动能增加,故机械能总量增加;故A错误;
B、在空中匀速下降的直升飞机,由于重力势能减小,动能不变,故机械能减小;故B错误;
C、被匀速拉上坡的木箱,由于动能不变,重力势能增大,故总机械能增大;故C错误;
D、在空中自由下落的小球,由于只有重力做功,机械能守恒;故D正确;
故选:D.