本发明公开一种可实时监测落石运动轨迹的物理模型试验系统与方法，包括落石模型、边坡模型、落石夹持装置、目标标识声呐单元、长方体框架、声呐发射接收单元和分析仪；落石模型采用吸声材料制作并且密度分布均匀；边坡模型用于形成坡面，采用吸声材料制作；落石夹持装置用于将落石模型固定于坡面的上方或释放落石模型；分析仪用于计算得到目标标识声呐单元的三维坐标和落石模型的重心的三维坐标随时间的变化。本发明的落石运动轨迹的物理模型试验系统和方法可以计算得到落石运动过程中不同时刻的重心坐标和目标标识声呐单元的坐标，可以对落石模型的三维运动轨迹进行实时监测，并且精度高、可以分析落石模型复杂的运动轨迹。