A、物体吸热后可能对外做功，故内能不一定增加，故温度不一定升高，故A错误；B、物体温度升高，分子热运动的平均动能增加，但分子势能可能减小，故内能不一定增加，故B错误；C、0℃的冰熔化为0℃的水的过程中，要吸收热量，外界对系统做功，故内能增加，故C错误；D、100℃的水变为100℃的水汽的过程中要吸收热量，故内能增大，故D正确；故选：D．
