叶笃正入南开中学学习。1931年九一八事变发生，15岁的叶笃正感触颇深。当时，南开中学紧邻天津日租界，日军士兵时常经过南开，到南开后边的一块空地打靶，对叶笃正等同学的刺激很大。海光寺是日本租借地的兵营，日军让中国人在此修筑炮台，然后将中国人杀害，尸首扔进海河，叶笃正见到了尸首，留下了深刻的印象。南开中学给了叶笃正爱国的概念。1935年，叶笃正自天津南开中学毕业，考入国立清华大学物理专业学习。在校期间，他参加了1935年的北平一二·九运动。在清华大学，他有了初恋，并同初恋女友离开了清华大学的校园，共同来到