A、物体温度升高了，它的内能不可能减小，故A错误；B、温度相等的一杯水比一桶水的内能小，故B错误；C、做功和热传递都可以改变物体的内能，故C错误；D、同一物体温度升高，它的内能一定增大，故D正确．故选D．
